[经验] helper2416_静态库动态库_编译方法

lyzhangxiang 2014-8-9 20:35 楼主

好了这次我学会了，先用nodepad++编辑好文字再来发帖。

一、扫盲文

1 库的含义
在windows平台和linux平台下都大量存在着库.
本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式,可以被操作系统载入内存执行.
由于windows和linux的平台不同(主要是编译器、汇编器和连接器的不同),因此二者库的二进制是不兼容的.
windows下面动态库后缀为DLL,这个大家应该很熟悉,下面仅介绍linux下的库.

2 库的种类
linux下的库有两种:静态库和共享库(也叫动态库)
二者的不同点在于代码被载入的时刻不同.
静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序,因此体积较大.
共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的,在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积较小.

3 库存在的意义
库是别人写好的现有的,成熟的,可以复用的代码,你可以使用但要记得遵守许可协议.
现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库,不可能每个人的代码都从零开始,因此库的存在意义非同寻常.
共享库的好处是,不同的应用程序如果调用相同的库,那么在内存里只需要有一份该共享库的实例.

4 linux下库的生成
静态库的后缀是.a ,它的产生分两步.
步骤一:由源文件编译生成一堆.o, 每个.o里都包含这个编译单元的符号表.
步骤二:通过ar命令将很多.o转换成.a, 成文静态库.
动态库的后缀是.so, 它由gcc加特定参数编译产生.

5 库文件命名
在linux下,库文件一般放在/usr/lib和/lib下.
静态库的名字一般为 libxxxx.a, 其中xxxx是该lib的名称.
动态库的名字一般为 libxxxx.so.major.minor, xxxx是该lib的名称, major是主版本号, minor是副版本号.

6 查看可执行程序依赖库
ldd 命令可以查看一个可执行程序依赖的共享库.
例如

# ldd /bin/lnlibc.so.6
=> /lib/libc.so.6 (0×40021000)/lib/ld-linux.so.2
=> /lib/ld- linux.so.2 (0×40000000)

可以看到ln命令依赖于libc库和ld-linux库.

7 可执行程序在执行的时候如何定位共享库文件
当系统加载可执行代码时候,能够知道其所依赖的库的名字,但是还需要知道绝对路径.
此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader).
对于elf格式的可执行程序,是由 ld-linux.so*来完成的,它先后搜索elf文件的DT_RPATH段—环境变量LD_LIBRARY_PATH — /etc/ld.so.cache文件列表/lib/,/usr/lib目录找到库文件后将其载入内存.
例如

export LD_LIBRARY_PATH=’pwd’

将当前文件目录添加为共享目录.

8 在新安装一个库之后如何让系统能够找到他
如果安装在/lib或者/usr/lib下,那么ld默认能够找到,无需其他操作.
如果安装在其他目录,需要将其添加到 /etc/ld.so.cache文件中,步骤如下.
步骤一:编辑/etc/ld.so.conf文件, 加入库文件所在目录的路径.
步骤二:运行ldconfig, 该命令会重建/etc/ld.so.cache文件.

二、用gcc生成静态和动态链接库的示例

我们通常把一些公用函数制作成函数库,供其它程序使用.函数库分为静态库和动态库两种.

静态库在程序编译时会被连接到目标代码中,程序运行时将不再需要该静态库.
动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中,而是在程序运行是才被载入,因此在程序运行时还需要动态库存在.

以下主要通过举例来说明在Linux中如何创建静态库和动态库,以及使用它们.为了便于阐述,我们先做一部分准备工作.

1 准备好测试代码 ttyS.httyS.c和main.c
ttyS.h为ttyS相关函数库的头文件.
ttyS.c是ttyS函数库的源程序,主要实现一些基本的ttyS操作函数.
main.c为测试库文件的主程序,在主程序中调用了相关库函数,用于测试.

2 问题的提出
注意:这个时候,我们编译好的ttyS是无法通过gcc –o编译的,这个道理非常简单ttyS.c是一个没有main函数的C程序.
因此不够成一个完整的程序,如果使用gcc –o编译并连接它GCC将报错.
无论静态库还是动态库,都是由.o 文件创建的,因此我们必须将源程序ttyS.c通过gcc先编译成.o文件.

三种思路:
1)通过编译多个源文件,直接将生成的目标代码合成一个可执行文件.
2)通过创建静态链接库libttyS.a,使得main函数调用相关库函数时可调用静态链接库.
3)通过创建动态链接库libttyS.so,使得main函数调用相关库函数时可调用动态链接库.

3 思路一:编译多个源文件
在系统提示符下键入以下命令得到ttyS.o和main.o文件.

# arm-linux-gcc -c ttyS.c
# arm-linux-gcc -c main.c

我们通常使用的arm-linux-gcc –o是将.c源文件编译成为一个可执行的二进制代码,这包括调用作为GCC内的一部分真正的C编译器,以及调用GNUC编译器的输出中实际可执行代码的外部GNU汇编器和连接器工具.
而arm-linux-gcc –c是使用GNU汇编器将源文件转化为目标代码之后就结束,在这种情况下连接器并没有被执行,所以输出的目标文件不会包含作为linux程序在被装载和执行时所必须的包含信息,但它可以在以后被连接到一个程序.
我们运行ls命令看看是否生存了ttyS.o和mian.o文件,最后将两个文件合并成一个可执行二进制文件.

# arm-linux-gcc -o ttyS
# ./ttyS

上面是过程的分析,一般我使用Makefile文件,关于每个.c文件生成对应的.o文件使用隐式规则. Makefile文件内容如下:

#general Makefile
CROSS := arm-linux-
CC := $(CROSS)gcc
objects := ttyS.o main.o
target := ttyS
all : $(target)
$(target) : $(objects)
$(CC) -o $(target) $(objects)
ttyS.o : ttyS.h
main.o : ttyS.h
scp :
scp -P 22 ./$(target) root@192.168.1.200:/root
scpdel :
ssh-keygen -f "/home/camelshoko/.ssh/known_hosts" -R [192.168.1.200]:22
.PHONY : clean
clean :
-rm -rf $(target) $(objects)

注意scp和scpdel是扩展make命令,我用来传输文件到目标板上面,这样比较方便.

4 思路二:静态链接库

下面我们先来看看如何创建静态库,以及使用它.
静态库文件名的命名规范是以lib为前缀,紧接着跟静态库名,扩展名为.a, 例如:将创建的静态库名为ttyS, 则静态库文件名就是libttyS.a, 在创建和使用静态库时,需要注意这点.
创建静态库用ar命令,在系统提示符下键入以下命令将创建静态库文件libttyS.a

# arm-linux-ar cr libttyS.a ttyS.o

同样运行ls命令查看结果,静态库制作完了.
如何使用它内部的函数呢.只需要在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数的原型声明,然后在用arm-linux-gcc命令生成目标文件时指明静态库名.
arm-linux-gcc将会从静态库中将公用函数连接到目标文件中. 注意arm-linux-gcc会在静态库名前加上前缀lib,然后追加扩展名.a得到的静态库文件名来查找静态库文件.

在main.c中包含了静态库的头文件ttyS.h,然后在主程序main中调用了相关的库函数,下面编译应用程序.

# arm-linux-gcc -o ttyS main.c -L. -lttyS
# ./ttyS

删除静态库文件试试相关ttyS库函数是否真的连接到目标文件ttyS中了,删除静态库之后运行./ttyS执行正常,说明静态库中的相关函数已经连接到目标文件中了.

静态链接库的一个缺点是,如果我们同时运行了许多程序,并且它们使用了同一个库函数,这样在内存中会大量拷贝同一库函数,会浪费很多珍贵的内存和存储空间,使用了共享链接库的linux就可以避免这个问题.

共享函数库和静态函数在同一个地方,只是后缀有所不同. 比如在一个典型的linux系统,标准的共享数学函数库是/usr/lib/libm.so
当一个程序使用共享函数库时,在连接阶段并不把函数代码连接进来,而只是链接函数的一个引用.
当最终的函数导入内存开始真正执行时,函数引用被解析,共享函数库的代码才真正导入到内存中.
这样共享链接库的函数就可以被许多程序同时共享,并且只需存储一次就可以了. 共享函数库的另一个优点是,它可以独立更新与调用它的函数毫不影响.

5 思路三:动态链接库(共享函数库)

继续看看如何在linux中创建动态库,我们还是从.o文件开始.
动态库文件名命名规范和静态库文件名命名规范类似,也是在动态库名增加前缀lib,但其文件扩展名为.so,例如:将创建的动态库名为ttyS,则动态库文件名就是libttyS.so,用arm-linux-gcc来创建动态库.
在系统提示符下键入以下命令得到动态库文件libttyS.so

# arm-linux-gcc -shared -fPCI -o libttyS.so ttyS.o

"PCI"命令行标记告诉GCC产生的代码不要包含对函数和变量具体内存位置的引用,这是因为现在还无法知道使用该消息代码的应用程序会将它连接到哪一段内存地址空间.
这样编译出的ttyS.o可以被用于建立共享链接库,建立共享链接库只需要用GCC的"-shared"标记即可.

使用ls命令看看动态库文件是否生成,调用动态链接库编译目标文件.

在程序中使用动态库和使用静态库完全一样,也是在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数的原型声明,然后在用arm-linux-gcc命令生成目标文件时指明动态库名进行编译.
我们先运行arm-linux-gcc命令生成目标文件,再运行它看看结果.