2016-03-20

链接库以及编译过程

在Linux中，链接库有两种，静态链接库和动态链接库。静态链接库文件以.a作为后缀，动态链接库以.so作为文件名。

一个源文件编程一个可运行的程序，需要进过两个步骤，编译跟链接。编译就是编译器将源文件编译成目标文件，以.o作为文件名后缀，生成目标文件后，接下来就是链接器的工作了。
对于静态链接库，连接器将目标文件和所涉及到的库函数（引用的是静态链接库的函数）连接起来合成一个可执行的文件，此时的库函数数据是直接存在可运行文件里面，这样的可运行程序在在生成后，就可以脱离静态库函数而成功运行了。但是所生成的可执行文件会比较大。对于动态链接库，只是做一下符号标记，在程序运行需要用到库函数的时候，才会将动态库里面的函数加载在内存中，由于不是直接的将库函数代码拷贝到自己的空间，只是一个符号链接，所生成的可运行文件就会比较小。

静态链接库、动态链接库各自的特点

动态链接库有利于进程间资源共享
什么概念呢？就是说，某个程序的在运行中要调用某个动态链接库函数的时候，操作系统首先会查看所有正在运行的程序，看在内存里是否已有此库函数的拷贝了。如果有，则让其共享那一个拷贝；只有没有时才链接载入。这样的模式虽然会带来一些“动态链接”额外的开销，却大大的节省了系统的内存资源。C的标准库就是动态链接库，也就是说系统中所有运行的程序共享着同一个C标准库的代码段。而静态链接库则不同，如果系统中多个程序都要调用某个静态链接库函数时，则每个程序都要将这个库函数拷贝到自己的代码段，显然将占有更大的内存资源。
将一些程序升级变得简单。用静态库，如果库发生变化，使用库的程序要重新编译。使用动态库，只要动态库提供给该程序的接口没变，只要重新用新生成的动态库替换原来就可以了。
甚至可以真正坐到链接载入完全由程序员在程序代码中控制。
程序员在编写程序的时候，可以明确的指明什么时候或者什么情况下，链接载入哪个动态链接库函数。你可以有一个相当大的软件，但每次运行的时候，由于不同的操作需求，只有一小部分程序被载入内存。所有的函数本着“有需求才调入”的原则，于是大大节省了系统资源。比如现在的软件通常都能打开若干种不同类型的文件，这些读写操作通常都用动态链接库来实现。在一次运行当中，一般只有一种类型的文件将会被打开。所以直到程序知道文件的类型以后再载入相应的读写函数，而不是一开始就将所有的读写函数都载入，然后才发觉在整个程序中根本没有用到它们。
由于静态库在编译的时候，就将库函数装载到程序中去了，而动态库函数必须在运行的时候才装载，所以程序执行的时候，用静态库更快些。

源文件的编译过程

如果有一个源文件file.c需要编译，那么其编译过程如下图所示：

一般在执行命令 gcc -o file file.c ，会转化成以下几个步骤：

生成预处理后的文件：

1	gcc -E -o file.i file.

预处理文件到汇编代码：

1	gcc -s file.s file.c

汇编代码到目标文件：

1	gcc -c file.s

生成可执行文件：

1	gcc -o file file.o

静态链接库创建

所有的库，不管是静态库还是动态库，都是有.o文件生成的，所以在创建库函数的时候，需要先生成.o文件。

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gcc -c file.c //生成file.o

ar cr libfile.a file.o

动态链接库的创建

由于动态链接库函数的共享特性(故又叫共享库)，它们不会被拷贝到可执行文件中。在编译的时候，编译器只会做一些函数名之类的检查。在程序运行的时候，被调用的动态链接库函数被安置在内存的某个地方，所有调用它的程序将指向这个代码段。因此，这些代码必须实用相对地址，而不是绝对地址。在编译的时候，我们需要告诉编译器，这些对象文件是用来做动态链接库的，所以要用地址不无关代码（Position Independent Code （PIC））。
对gcc编译器，只需添加上 -fPIC 标签，如：

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gcc -fPIC -c file1.c
gcc -fPIC -c file2.c
gcc -shared libxxx.so file1.o file2.o

静态链接库和动态链接库的使用

由于是自己生成的链接库，所以在需要用到的时候，需要跟编译器说链接库放在那个位置：

gcc –o main main.o –L. –lxxxx

# -L 参数告诉编译器先到path目录下搜索libxxx.so文件，如果没有找到，继续搜索libxxx.a（静态库）。

如果想要直接的搜索静态的链接库，那么加上-static 就可以了
gcc –o main main.o -static –L. –lxxxx

对于动态链接库，如果想要让程序能可以顺利运行的话，那么可以通过下面的三种方法：

在程序运行期间，也需要告诉系统去哪里找你的动态链接库文件。在UNIX下是通过定义名为 LD_LIBRARY_PATH 的环境变量来实现的。只需将path赋值给此变量即可
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export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:~/C_pram/practice
把库拷贝到/usr/lib和/lib目录下。
修改/etc/ld.so.conf文件，把库所在的路径加到文件末尾，并执行sudo ldconfig刷新(需要超级用户权限)。这样，加入的目录下的所有库文件都可见.

如果想要查看某个可执行文件依赖于那些库，可以使用ldd命令：

1	ldd executefilenam

查看静态库中的文件

　　[root@node56 lib]# ar -t libhycu.a
　　base64.c.o
　　binbuf.c.o
　　cache.c.o
　　chunk.c.o
　　codec_a.c.o
　　…
　　xort.c.o
　　[root@node56 lib]#
　　[root@node56 lib]# ar -tv libhycu.a
　　rw-r--r-- 0/0   7220 Jul 29 19:18 2011 base64.c.o
　　rw-r--r-- 0/0   2752 Jul 29 19:18 2011 binbuf.c.o
　　rw-r--r-- 0/0  19768 Jul 29 19:18 2011 cache.c.o

查看动态库中的文件可以使用nm命令

1	nm -D file.so

下面是在网上找的生成动态链接库的例子，原文参考这里

/*mylib.h*/
void Print();

/*mylib.c*/
#include <stdio.h>
#include "mylib.h"

void Print()
{
    printf("This is in mylib\n");
}

编译方法如下：

1	gcc -fpic -shared mylib.c -o mylib.so

此时将生成mylib.so动态链接库文件。

动态链接库在使用时，分为“隐式调用”和“显式调用”两种，如果是隐式调用，则与静态库的使用方法差不多，注意需要包含导出函数的头文件，即mylib.h：

#include <stdio.h>
#include "mylib.h"

int main()
{
    Print();
}

编译方法：

1	gcc -o main main.c -L./ mylib.so

注意要加上动态链接库的搜索路径，否则编译器只会到系统路径中去寻找。

显式调用的方式，不必包含mylib.h，但是需要增加几个系统调用：

#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h> // 显式加载需要用到的头文件

int  main()
{
    void *pdlHandle = dlopen("./mylib.so", RTLD_LAZY); // RTLD_LAZY 延迟加载
    char *pszErr = dlerror();
    if( !pdlHandle || pszErr )
    {
        printf("Load mylib failed!\n")
        return 1;
    }

    void (*Print)() = dlsym(pdlHandle, "Print"); // 定位动态链接库中的函数
    if( !Print )
    {
        pszErr = dlerror();
        printf("Find symbol failed!%s\n", pszErr);
        dlclose(pdlHandle);
        return 1;
    }

    Print(); // 调用动态链接库中的函数

    dlclose(pdlHandle); // 系统动态链接库引用数减1

    return 0;
}

可以看到，显式调用的代码看上去要复杂很多，但是却比隐式调用要灵活，我们不必在编译时就确定要加载哪个动态链接库，可以在运行时再确定，甚至重新加载。

看一下显式调用的编译方式：

gcc -ldl -o main main.c

注意要添加-ldl选项，以使用显式调用相关的函数调用。

LiuYongbin

Hey boy just do it!