【Linux C编程】第四章 动态库的制作

一、整体大纲

二、共享库的制作

1. 命名规则:

    lib + 名字 + .so

2. 制作步骤:

    1） 生成与位置无关的代码 (生成与位置无关的.o)
    2） 将.o打包成共享库(动态库)

3. 发布和使用共享库:

4. 解决程序执行时动态库无法被加载的问题: 

    1）放到系统的库目录 中 -- 不允许使用

    2）临时测试

          环境变量: LD_LIBRARY_PATH=将动态库的路径设置给该变量
          将设置的值, 导入到系统环境变量中: export LD_LIBRARY_PATH
          当终端关闭, 设置会失效

    3）不常用的方法(永久设置): 

          在家目录的 .bashrc文件 中添加一句话: export LD_LIBRARY_PATH=动态库目录的绝对路径
           .bashrc修改完成, 需要重启终端

    4）修改配置文件  

          a. 需要找动态连接器的配置文件 --  /etc/ld.so.conf
          b. 动态库的路径写到配置文件中 -- 绝对路径
          c. 更新 -- sudo ldconfig -v

5. 优缺点:

三、动态库的制作示例  

一）. GCC的使用

1. GCC的编译过程

（1）预处理（cpp）gcc -E（输出问价通常以 .i 结尾），将头文件展开，宏替换等操作；

（2）编译器（gcc）gcc -S（输出问价以 .s 结尾）生成汇编代码；

（3）汇编器（as）gcc -c（输出文件以 .o 结尾）将汇编编译成二进制文件；

（4）连接器（ld）gcc，链接 lib 库生成可执行文件。

执行过程如下（hello.c）：

#include<stdio.h>

int main()
{
    printf("hello world\n");
    return 0;
}

Linux执行过程：

[root@centos1 src]# gcc -E hello.c >> hello.i
[root@centos1 src]# gcc -S hello.i
[root@centos1 src]# gcc -c hello.s
[root@centos1 src]# gcc -o hello.out hello.o
[root@centos1 src]# ./hello.out
hello world

注：第4步如果使用 ld 会报如下错误

[root@centos1 src]# ld hello.o
ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 00000000004000b0
hello.o: In function `main':
hello.c:(.text+0xa): undefined reference to `puts'

没有 __start 是因为C程序以main为主函数，汇编以start为主函数入口，改用gcc连接就可以，如果非用ld，需要自己链接libc.so库。

2. GCC编译参数

• -I 包含头文件路径（可以使绝对路径，也可以是相对路径）
• -O 优化选项，1-3越高优先级越高
• -L 包含的库路径
• -l（L的小写）指定库名（通常libxxx.so或者libxxx.a，-lxxx）
• -o 目标文件
• -c 编译成.o文件
• -g 用于gdb调试不加此选项不能gdb调试
• -Wall 显示更多的警告
• -D 指定宏编译
• -lstdc++ 编译c++代码

二. 动静库

1. 制作库文件作用

    作用：将实现某部分功能的代码封装成库文件，以方便调用，或者是对代码进行保护加密。

    应用场景：有时想将某代码提供给别人用，但是又不想公开源代码，这时可以将代码封装成库文件。在开发中调用其他人员编写的库。

2. 静态库

（1）制作步骤

    1）编译.o文件

    2）将.o文件打包：ar rcs libname.a file1.o file2.o file3.o ...

    3）将头文件与库一起发布

文件内容及路径分布如下：

[root@centos1 calc]# tree
.
├── include
│   └── head.h
├── lib
├── main.c
└── src
    ├── add.c
    └── sub.c

head.c

1 #include<stdio.h>
2 
3 int add(int a, int b);
4 int sub(int a, int b);

main.c

1 #include "head.h"
 2 
 3 int main(void)
 4 {
 5     int a = 10, b = 10;
 6 
 7     printf("%d + %d is %d\n", a, b, add(a, b));
 8     printf("%d - %d is %d\n", a, b, sub(a, b));
 9 
10     return 0;
11 }

add.c

1 #include "head.h"
2 
3 int add(int a, int b)
4 {
5     return a + b;
6 }

sub.c

1 #include "head.h"
2 
3 int sub(int a, int b)
4 {
5     return a - b;
6 }

• 编译为.o文件

      进入到 src 目录下执行：

[root@centos1 src]# gcc -c *.c -I ../include/
[root@centos1 src]# ll
总用量 16
-rw-r--r--. 1 root root   63 4月  20 14:53 add.c
-rw-r--r--. 1 root root 1240 4月  20 15:10 add.o
-rw-r--r--. 1 root root   63 4月  20 14:24 sub.c
-rw-r--r--. 1 root root 1240 4月  20 15:10 sub.o

• 将.o文件打包，制作成libCalc.a静态库

[root@centos1 src]# ar rcs libCalc.a *.o
[root@centos1 src]# ll
总用量 20
-rw-r--r--. 1 root root   63 4月  20 14:53 add.c
-rw-r--r--. 1 root root 1240 4月  20 15:10 add.o
-rw-r--r--. 1 root root 2688 4月  20 15:12 libCalc.a
-rw-r--r--. 1 root root   63 4月  20 14:24 sub.c
-rw-r--r--. 1 root root 1240 4月  20 15:10 sub.o

（2）使用

    编译时需要加静态库名（记得路径），-I 包含头文件

• 使用静态库编译main.c并执行main

      我们将libCalc.a移动到上层的lib中并退回到calc目录，编译main.c并执行：

[root@centos1 calc]# gcc main.c -o main -I include/ -L ./lib -lCalc
[root@centos1 calc]# ll
总用量 24
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4月  20 15:07 include
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4月  20 15:14 lib
-rwxr-xr-x. 1 root root 6838 4月  20 15:14 main
-rw-r--r--. 1 root root  179 4月  20 14:57 main.c
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4月  20 15:14 src
[root@centos1 calc]# ./main
10 + 10 is 20
10 - 10 is 0

可以用 nm 命令查看文件内容：

[root@centos1 calc]# nm lib/libCalc.a

add.o:
0000000000000000 T add

sub.o:
0000000000000000 T sub

（3）静态库优缺点

   优点：

   1）执行快

   2）发布应用时不需要发布库

   缺点：

   1）执行程序体积会比较大

   2）库变更时需要重新编译程序

三. 动态库

1. 制作步骤

（1）编译与位置无关的代码（下图共享库），生成.o目标文件，关键参数 -fPIC

（2）将.o文件打包，关键参数 -shared

（3）将库与头文件一起发布

• 生成.o目标文件

文件路径和内容同上，进入到src目录，生成.o目标文件：

[root@centos1 src]# gcc -fPIC -c *.c -I ../include/
[root@centos1 src]# ll
总用量 16
-rw-r--r--. 1 root root   63 4月  20 14:53 add.c
-rw-r--r--. 1 root root 1240 4月  20 15:20 add.o
-rw-r--r--. 1 root root   63 4月  20 14:24 sub.c
-rw-r--r--. 1 root root 1240 4月  20 15:20 sub.o

• 将.o文件打包生成动态库

[root@centos1 src]# gcc -shared -o libCalc.so *.o
[root@centos1 src]# ll
总用量 24
-rw-r--r--. 1 root root   63 4月  20 14:53 add.c
-rw-r--r--. 1 root root 1240 4月  20 15:20 add.o
-rwxr-xr-x. 1 root root 5817 4月  20 15:21 libCalc.so
-rw-r--r--. 1 root root   63 4月  20 14:24 sub.c
-rw-r--r--. 1 root root 1240 4月  20 15:20 sub.o

2. 使用

• 使用生成的动态库，-L 指定动态库路径 -l 指定库名（gcc main.c -o main -I include/ -L ./lib -lCalc） 

退出到calc目录下，将动态库拷贝到lib目录下并编译mian.c并执行main：

[root@centos1 calc]# gcc main.c -o main -I include/ -L ./lib -lCalc
[root@centos1 calc]# ll
总用量 24
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4月  20 15:07 include
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4月  20 15:29 lib
-rwxr-xr-x. 1 root root 7066 4月  20 15:30 main
-rw-r--r--. 1 root root  179 4月  20 14:57 main.c
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4月  20 15:29 src
[root@centos1 calc]# ./main
./main: error while loading shared libraries: libCalc.so: cannot open shared object file: No such file or directory

无法找到动态库目标文件，解决方法有三个：

   （1）拷贝到/lib下（不允许，容易与别人库命名重合）

   （2）将库路径增加到环境变量LD_LIBRARY_PATH中（不是特别推荐）

[root@centos1 calc]# export LD_LIBRARY_PATH=/home/xuejiale/src/calc/lib/:$LD_LIBRARY_PATH
[root@centos1 calc]# ./main
10 + 10 is 20
10 - 10 is 0

   （3）配置/etc/ld.so.conf文件，增加 /home/xuejiale/src/calc/lib/ 路径，执行 ldconfig -v，并执行main

/home/xuejiale/src/calc/lib/

[root@centos1 calc]# ./main
10 + 10 is 20
10 - 10 is 0

3. 优缺点总结

   缺点：

• 执行时需要加载动态库，相对而言，比静态库慢
• 发布应用时需要同步发布动态库

   优点：

• 执行程序体积小
• 库变更时，一般不需要重新编译应用

动静态库总结：

     静态库特点：

• 库的代码会编译进程序里面，所以静态库编译的程序比较大。
• 由静态库编译的程序不用依赖于系统的环境变量，所以环境变量有没有这个库文件，也可以运行。

    动态库特点：

• 库的代码不会编译进程序里面，所以动态库编译的程序比较小。
• 由动态库编译的程序依赖于系统的环境变量有没有这个库文件，没有则运行不了。