【Linux】静态库和动态库

Linux为什么不允许普通用户给目录建立硬链接呢？

系统层面上有.和…硬链接指向目录。假设我们是超级用户，允许给目录建立硬链接，给根目录建立硬链接，从根目录开始查找，当查找硬链接的时候就是根目录，这时候递归式查找，形成了环路查找，最后导致软件无法正常进行查找工作！所以不允许普通用户给目录建立硬链接。

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一、动态库和静态库

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Linux的库一般分为动态库和静态库：

静态库（.a）：库文件以.a为后缀，程序在编译链接的时候把库的代码链接到可执行文件中。程序运行的时候将不再需要静态库
动态库（.so）：库文件以.so为后缀，程序在运行的时候才去链接动态库的代码，多个程序共享使用库的代码。

链接的本质：无非就是我们调用库函数的时候和标准库是如何关联的问题

库的名称：去掉前缀lib去掉后缀.so/.a剩下的就是库名称，比如libc.so就是C库

gcc 在编译时默认使用动态链接，而生成静态链接，我们需要在末尾带上-static：

安装静态库：

sudo yum install -y glibc-static
sudo yum install -y libstdc++-static

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二、理解库

如果不想给对方我们的源代码，我们可以选择给用户提供我们的.o可重定位目标二进制文件（gcc -c 文件）与.h头文件。让用户用我们提供的.o文件进行链接即可。在编译时，只要把源文件编译成.o文件在将其链接便可形成一个可执行的程序：

通过gcc -o生成，不出意外，编译运行成功：

难道就这么简单吗？我们可以给对方提供.o(方法的实现)，同时还有提供.h(里面包含着都有哪些方法)，此时对方是能用的。但是如果存在很多.c文件呢？难道我们要把几千个.c文件全部编译成.o在加上头文件全部一个一个提供吗？那样太过于麻烦，为了让用户更好的使用库，我们就有把所有的.o文件打成一个包，给对方提供一个库文件即可！把多个.o合并成一个文件，这个文件就是库，把包方式的不同就分为了动态库和静态库*。

库的本质就是.o文件的集合。

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准备的文件：

三、制作静态库

我们如果想自己写一个库，要不要在这个库里面写main函数呢？答案肯定是不要的，库是被别人用的，自己写的main会和库里的main发生冲突。我们可以站在编写库的角度和使用者的角度来制作：

编写库：创建Makefile:

将文件编译成.o文件

ar命令：把所有的.o打包起来，ar是归档。

-rc代表replace和create;比如：

ar -rc libmymath.a my_add.o my_sub.o

output:而我们要交付库，实际上要把库文件a.so以及匹配的头文件都交付给用户,而output就是一个发布的过程

使用

此时，我们用户如果需要只要把mylib.tgz拷贝过去：比如：cp mylib.tgz …/test，拷贝过去之后进行解压： tar xzf mylib.tgz

而所谓的安装其实就是在拷贝。直接把安装好的库使用起来：

头文件找不到？

编译器搜索头文件时默认在当前目录下搜索，在系统默认指定路径下搜索。虽然此时的mylib在当前路径下，但是头文件太深了，编译器找不到头文件，所以我们需要给gcc指定路径。带上-I ,指明在当前目录下的mylib目录下查找：

问题又来了，找不到库函数的实现。我们在形成可执行程序的时候，库文件要使用的话也要知道库所在的路径在哪里，系统的默认路径是/lib64。所以我们要带上-L。告诉库的路径在哪里。

但是如果要链接第三方的库，必须去指明库的名称（注意去掉前缀和后缀！）！！！也就是说，一定要告知路径下哪一个库，即使只有一个库，也要明确告知gcc要链接哪一个库（虽然我们以前写代码的时候，从来没有指明过库名称，这是因为gcc/g++默认帮我们填了，可以识别C/C++自带的库。自己写的要指明）：

最终终于顺利完成！

上面说了那么多，总结一下：

-I:指明头文件的搜索路径

-L:指明库文件的搜索路径

-l:指明要链接哪个库，带上库的名称（去掉前缀和后缀）

gcc默认是动态链接的（建议行为）对于特定的一个库，究竟是动静态库，取决你提供的是动态库还是静态库。

库的安装（把库安装到系统头文件路径下）：

把头文件和库文件拷贝进系统的路径下，gcc对于头文件的默认路径是：/usr.include;对于库文件的默认路径是:/lib64:

但是不太推荐这样使用：第三方库并没有经过测试，自己写的会污染库里面的其他文件。

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四、制作动态库

首先我们需要把库文件全部编译成.o文件，这里与静态库不同，需要带上选项 -fPIC,形成与位置无关码：

gcc -c -fPIC my_add.c

什么是与位置的无关码的目标二进制文件：

静态库采用的是绝对编址

动态库采用的是相对编址，动态库中的指定函数的地址通过相对编址（库中的偏移地址+段起始地址）：

动态库打包：-shared

gcc -shared -o libmymath.so my_add.o my_sub.o

使用动态库

但是这样子就可以吗？我们直接运行mymath:

运行不了，这是为什么？找不到库

我们此时已经告诉了库文件，路径和库名称，选项已经给gcc带上了。但是我们当编译完之后，和gcc还有关系吗？答案是无关的，接下来运行是和OS有关的，动态库是运行时才加载的，所以程序运行起来，OS和shell也是需要知道库是在哪里的！而我们自己制作的库并没有在系统路径下，OS无法找到！如何找到动态库:

把库路径添加到环境变量LD_LIBRARY_PATH,比如当前自己制作库的路径是 /home/hwc/dir/test/mylib/lib

直接运行：

但是我们自己定义的环境变量只是本次登录有效，如果想永久有效只能修改环境变量的配置，但是比较麻烦。想永久有效，除了把库拷贝到系统目录下之外，我们还有其他方法：

1.配置文件（/etc/ld.so.conf.d/）：动态库进行对应搜索时可以采用自己定义conf文件找到动态库

2.建立软链接直接找到对应的库

把对应的动态库建立在系统的目录下：

总结一下：

运行动态库

1、拷贝.so文件到系统共享库路径下, 一般指/usr/lib

2、更改 LD_LIBRARY_PATH

3、ldconfig 配置/etc/ld.so.conf.d/，ldconfig更新

4.创建软链接

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五、动静态库的加载

静态库不需要加载，静态库把代码拷贝到可执行程序里，直接决定了当加载的时候在内存里代码和数据可能存在多份，会比较浪费空间，把静态库中拷贝到程序中的代码区里：

动态库加上fPIC形成位置无关码，采用相对编址方案，在程序链接时对应库当中的偏移量添加到可执行程序，运行时一旦库加载进来，经过地址空间映射，把库映射到地址空间之后，库也就具备了起始地址，通过偏移地址和起始地址这样就可以找到访问的函数：

系统层面上会维护动态库的起始地址，直接建立页表与内存的映射，也就可以跳转访问了，所以动态库加载一次就可以被多个进程共同使用了。而静态库可能有多个程序用了C库，加载到内存时，内存里可能会存在100份重复的代码。而动态链接不会出现重复的代码，减少内存。