linux庫文件編寫入門 && 使用和生成庫[轉]

本文主要參考了以下資料
⑴hcj寫的"Linux靜態/動態連接庫的建立和使用"
地址 http://fanqiang.chinaunix.net/system/linux/2006-05-08/4126.shtml
⑵雨亦奇的文章"LINUX動態連接庫高級應用"
地址http://www.ccw.com.cn/htm/center/prog/02_3_13_3_2.asp)
在此一併致謝。
    
1、爲何要使用庫文件
    咱們在實際編程工做中確定會遇到這種狀況：有幾個項目裏有一些函數模塊的功能相同，實現代碼也相同，也是咱們所說的重複代碼。好比，不少項目裏都有一個用戶驗證的功能。
代碼段以下：
   //UserLogin.h文件，提供函數聲明
   int IsValidUser(char* username, int namelen);
  
   //UserLogin.c文件，實現對用戶信息的驗證
   int  IsValidUser(char* username, int namelen)
   {
     int IsValid = 0;
     /*下面是具體的處理代碼，略去*/
     return IsValid
   }
   若是每一個項目都保存着這兩個UserLogin.h和UserLogin.c文件，會有如下幾個弊端:
   一、每一個項目裏都有重複的模塊，形成代碼重複。  
   二、代碼的重用性很差，一旦IsValidUser的代碼發生了變化，爲了保持設計的一致性，咱們還要手工修改其餘項目裏的UserLogin.c文件，既費時又費力，還容易出錯。庫文件就是對公共代碼的一種組織形式。 
   爲 瞭解決上面兩個弊端，就提出了用庫文件存放公共代碼的解決方案，其要點就是把公共的（也就是能夠被屢次複用的）目標代碼從項目中分離出來，統一存放到庫文 件中，項目要用到這些代碼的時候，在編譯或者運行的時候從庫文件中取得目標代碼便可。庫文件又分兩種：靜態庫和動態庫。

2、靜態庫與動態庫
    若是程序是在編譯時加載庫文件的，就是使用了靜態庫。若是是在運行時加載目標代碼，
就成爲動態庫。換句話說，若是是使用靜態庫，則靜態庫代碼在編譯時就拷貝到了程序的代碼段，程序的體積會膨脹。若是使用動態庫，則程序中只保留庫文件的名字和函數名，在運行時去查找庫文件和函數體，程序的體積基本變化不大。
    靜態庫的原則是「以空間換時間」，增長程序體積，減小運行時間;動態庫則是「以時間換空間」，增長了運行時間，但減小了程序自己的體積。
    下面咱們就以實際例子來看看如何使用這兩種庫.
 
3、靜態庫的編寫和使用
一、概述
   靜態庫文件的擴展名通常爲.a,其編寫步驟很簡單。
 ⑴編寫函數代碼
 ⑵編譯生成各目標文件
 ⑶用ar文件對目標文件歸檔，生成靜態庫文件。
    注意歸檔文件名必須以lib打頭。
   使用要點：
   ⑴在gcc 的-I參數後加上靜態庫頭文件的路徑。
   ⑵在gcc 的-L參數後加上庫文件所在目錄
   ⑶在gcc 的-l參數後加上庫文件名，可是要去掉lib和.a擴展名。好比庫文件名是libtest.a 那麼參數就是 -l test
 
二、編寫最簡單的靜態庫文件
   編寫以下兩個文件，注意放在同一目錄中
    myalib.h   //靜態庫頭文件
    myalib.c   //靜態庫實現文件
   
    //myalib.h  文件的內容
 void test();
 
 //myalib.c  文件的內容
 #include <stdio.h>
 void test()
 {
  printf("test\n");
 }
 
三、製做庫文件
 ⑴生成目標文件
  gcc -c myalib.c
  執行完後會生成一個myalib.o文件
 ⑵用ar命令歸檔,格式爲ar -rc <生成的檔案文件名> <.o文件名列表>
 再次提醒，歸檔文件名必定要以lib打頭, .a結尾。
  ar -rc libtest.a myalib.o
  執行完後會生成一個libtest.a文件
 
四、使用庫文件 
 ⑴編寫一個測試程序main.c,內容爲
 //main.c 測試靜態庫調用的程序
 #include "myalib.h"   //要把函數的頭文件包含進來，不然編譯時會報錯
  int main(int argc,char* argv[])
 {
  test();
  return 0;  
 }
 ⑵編譯目標文件，注意要把靜態庫頭文件的路徑加到-I參數裏面
   gcc -I /root/exercise -o main.o -c main.c
  如今生成了一個main.o文件
 ⑶生成可執行文件，注意要把靜態庫文件的路徑加到-L參數裏面，
 把庫文件名(去掉打頭的lib和結尾的.a)加到-l參數後面。以下面所示
  gcc -o main -L/root/exercise   main.o -ltest
  此時就會生成一個名爲main的可執行文件
  另外，注意- l參數好象應該加到輸入文件名的後面，不然會報錯。
  好比gcc -o main -L/root/exercise   -ltest main.o就會提示
  main.o(.text+0x11): In function `main':
  : undefined reference to `test'
  collect2: ld returned 1 exit status
  緣由我還不清楚:-)
 ⑷執行可執行文件查看效果
  執行./main，  輸出
  test
  說明執行成功。
  
4、動態庫的編寫
一、概述
   動態庫通常以.so結尾，就是shared object的意思.
   其基本生成步驟爲
   ⑴編寫函數代碼
   ⑵編譯生成動態庫文件,要加上 -shared 和 -fpic 選項 ，
     庫文件名以lib開頭， 以.so 結尾。
    
   使用方式分爲兩種: 隱式調用和顯示調用 
    隱式調用相似於靜態庫的使用，但需修改動態連接庫的配置文件/etc/ld.so.conf;
    顯示調用則是在主程序裏使用dlopen、dlsym、dlerror、dlclose等系統函數。
    具體的調用方式會在 "5、動態庫的調用" 中詳細說明.
二、編寫最簡單的動態庫文件
   爲了便於對照， 咱們仍然採用靜態庫中的文件作例子.
    編寫以下兩個文件，注意放在同一目錄中
    myalib.h   //靜態庫頭文件
    myalib.c   //靜態庫實現文件
   
    //myalib.h  文件的內容
 void test();
 
 //myalib.c  文件的內容
 #include <stdio.h>
 void test()
 {
  printf("test\n");
 }
 
三、編譯生成動態庫 ,庫文件名以lib開頭， 以.so 結尾。
 gcc -fpic -shared -o libtest.so  myalib.c
 此時就生成一個libtest.so文件
 
5、動態庫的隱式調用
  隱式調用的含義是代碼裏不出現庫文件名，就是說這個代碼和調用靜態庫的代碼是相似的。
一、編寫測試文件
 //main.c 測試動態庫隱式調用的程序
 #include "myalib.h"   //要把函數的頭文件包含進來，不然編譯時會報錯
  int main(int argc,char* argv[])
 {
  test();
  return 0;  
 }

二、 編譯測試程序,與靜態庫相似,要把頭文件的路徑加到-I參數裏面
  gcc -I /root/exercise -o main.o -c main.c
  如今生成了一個main.o文件
三、鏈接生成測試程序 
  gcc -o main -L/root/exercise   main.o -ltest
  如今生成了一個main文件
四、執行測試程序
  ./main
  此時出現提示
    ./main: error while loading shared libraries: libtest.so: cannot open shared object file: No such file or directory。
    這個緣由就是程序運行時並不知道動態庫所在的路徑，所以天然找不到。解決這個問題的辦法有三種。見下節

6、使動態庫被系統共享的三種辦法
   (再次說明: 本節參考了計算機世界網雨亦奇的文章"LINUX動態連接庫高級應用"，地址http://www.ccw.com.cn/htm/center/prog/02_3_13_3_2.asp)   
(1) 拷貝動態連接庫到系統共享目錄下,或在系統共享目錄下爲該動態連接庫創建鏈接(硬鏈接或符號鏈接都可,經常使用符號鏈接).這裏說的系統共享目錄,指的是 LINUX動態連接庫存放的目錄,包括/lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf文件內所列的一系列目錄.
  
   實例：執行
 # cp libtest.so /lib
 # ldconfig
 
  
  或:
  # ln -s `pwd`/libtest.so /lib
 # ldconfig
 
 注意pwd先後有兩個反引號`，其目的是取得pwd命令的輸出，即當前目錄.
 
 此時再執行main，便可成功.
 
(2)將動態連接庫所在目錄名追加到動態連接庫配置文件/etc/ld.so.conf中.
# pwd >> /etc/ld.so.conf
# ldconfig
 
 此時再執行main，便可成功.
 
(3)利用動態連接庫管理命令ldconfig,強制其搜索指定目錄,並更新緩存文件,便於動態裝入.
 # ldconfig `pwd`
 
   此時再執行main，便可成功.
  
   要注意,第三種方法雖然有效,但效果是暫時的,供程序測試還能夠,一旦再度運行ldconfig,
   則緩存文件內容可能改變,所需的動態連接庫可能不被系統共享了。並且不管哪一種辦法，其實質都是用ldconfig命令把動態庫文件。
   所在路徑加入到系統庫列表中，(前兩種永久，第三種臨時)
   

7、動態庫的顯式調用
  顯式調用的含義是代碼出現庫文件名，用戶須要本身去打開和管理庫文件。其要點爲:
  ⑴把dlfcn.h系統頭文件包含進來
  ⑵用dlopen函數打開庫文件，並指定打開方式
 dllope的的第一個參數爲共享庫的名稱，將會在下面位置查找指定的共享庫。
  ①環境變量LD_LIBRARY_PATH列出的用分號間隔的全部目錄。
  ②文件/etc/ld.so.cache中找到的庫的列表，由ldconfig命令刷新。
  ③目錄usr/lib。
  ④目錄/lib。
  ⑤當前目錄。
 第二個參數爲打開共享庫的方式。有兩個取值
  ①RTLD_NOW：將共享庫中的全部函數加載到內存
  ②RTLD_LAZY：會推後共享庫中的函數的加載操做，直到調用dlsym()時方加載某函數

  ⑶用dlerror()函數測試是否打開成功，並進行錯誤處理;
  ⑷用dlsym得到函數地址,存放在一個函數指針中
  ⑸用得到的函數指針進行函數調用。
  ⑹程序結束時用dlclose關閉打開的動態庫，防止資源泄露。
  ⑺用ldconfig工具把動態庫的路徑加到系統庫列表中
 
一、編寫測試文件
 //main.c 測試動態庫顯式調用的程序
 #include<dlfcn.h>      //用於動態庫管理的系統頭文件  
 #include "myalib.h"    //要把函數的頭文件包含進來，不然編譯時會報錯
  int main(int argc,char* argv[])
 {
   //聲明對應的函數的函數指針
  void (*pTest)();   
      
         //加載動態庫
  void *pdlHandle = dlopen("libtest.so", RTLD_LAZY); 
  
  //錯誤處理
        if(pdlHandle == NULL )    {
         printf("Failed load library\n");
         return -1;
     }
     char* pszErr = dlerror();
     if(pszErr != NULL)
     {
         printf("%s\n", pszErr);
         return -1;
     }
     
     //獲取函數的地址
     pTest = dlsym(pdlHandle, "test");
     pszErr = dlerror();
     if(pszErr != NULL)
     {
         printf("%s\n", pszErr);
         dlclose(pdlHandle);
         return -1;
     }
     
     //實現函數調用
     (*pTest)();

  //程序結束時關閉動態庫
  dlclose(pdlHandle);
  return 0;  
 } 
 
二、編譯測試文件 使用-ldl選項指明生成的對象模塊須要使用共享庫
 gcc -o main -ldl main.c
 執行完後就生成了一個main文件

三、執行測試程序
 執行 ./main
 輸出
    test
    說明成功。

6、使用動態庫時應注意的其餘問題
一、不管是動態庫的顯式調用仍是隱式調用，都須要用ldconfig工具將動態庫的路徑加到系統庫列表中，不然運行時會出錯。  
二、能夠用ldd命令檢查程序都使用到哪些共享庫
 ldd命令行用法以下:
 ldd [--version] [-v|--verbose] [-d|--data-relocs] [-r|--function-relocs] [--help] FILE...
  各選項說明以下:
  (1) --version : 此選項用於打印出ldd的版本號.
  (2) -v 或 --verbose : 此選項指示ldd輸出關於所依賴的動態連接庫的儘量詳細的信息.
  (3) -d 或 --data-relocs : 此選項執行重定位,而且顯示不存在的函數.
  (4) -r 或 --function-relocs : 此選項執行數據對象與函數的重定位,同時報告不存在的對象.
  (5) --help : 此選項用於打印出ldd的幫助信息.
  咱們通常用-v選項.
  如今看幾個實例
  ⑴用靜態庫鏈接時的結果  
 #ldd main
 libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74ad000)
 /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)
 可見使用靜態庫時，因爲庫已經被編譯成程序的一部分，所以ldd的輸出中就只有用到的系統庫。
 

 ⑵用動態庫隱式鏈接時的結果
  libtest.so => /root/exercise/libtest.so (0xb75e2000)
     libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74ab000)
     /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)
     可見隱式使用動態庫時，全部用到的動態庫(包括系統和用戶的)都會被顯示出來。
 

 ⑶動態庫顯式鏈接時的結果
 ldd main
 libdl.so.2 => /lib/libdl.so.2 (0xb75e1000)
    libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74aa000)
    /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)
    可見顯式使用動態庫時，程序中再也不保存運行時打開動態庫的信息，只保留用到的系統庫的信息.  
 這個與使用靜態庫時的輸出是相似的.

轉自：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20776117&do=blog&id=1846979