關於Unix靜態庫和動態庫的分析

庫有動態與靜態兩種，動態一般用.so爲後綴，靜態用.a爲後綴。 例如：libhello.so libhello.a

爲了在同一系統中使用不一樣版本的庫，能夠在庫文件名後加上版本號爲後綴,例如： libhello.so.1.0,因爲程序鏈接默認以.so爲文件後綴名。因此爲了使用這些庫，一般使用創建符號鏈接的方式。

ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1
ln -s libhello.so.1 libhello.so

一、使用庫

當要使用靜態的程序庫時，鏈接器會找出程序所需的函數，而後將它們拷貝到執行文件，因爲這種拷貝是完整的，因此一旦鏈接成功，靜態程序庫也就再也不須要了。 然而，對動態庫而言，就不是這樣。動態庫會在執行程序內留下一個標記指明當程序執行時，首先必須載入這個庫。因爲動態庫節省空間，linux下進行鏈接的 缺省操做是首先鏈接動態庫，也就是說，若是同時存在靜態和動態庫，不特別指定的話，將與動態庫相鏈接。

如今假設有一個叫hello的程序開發包，它提供一個靜態庫libhello.a 一個動態庫libhello.so,一個頭文件hello.h,頭文件中提供sayhello()這個函數

/* hello.h */
void sayhello();

另外還有一些說明文檔。

這一個典型的程序開發包結構 與動態庫鏈接 linux默認的就是與動態庫鏈接，下面這段程序testlib.c使用hello庫中的sayhello()函數

/*testlib.c*/
#include "hello.h"
int main()
{
    sayhello();
    return 0;
}

使用以下命令進行編譯

$gcc -c testlib.c -o testlib.o

用以下命令鏈接：

$gcc testlib.o -lhello -o testlib

鏈接時要注意，假設libhello.so 和libhello.a都在缺省的庫搜索路徑下/usr/lib下，若是在其它位置要加上-L參數。與靜態庫鏈接麻煩一些，主要是參數問題。仍是上面的例 子：

$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello

注：這個特別的」-WI,-Bstatic」參數，其實是傳給了鏈接器ld. 指示它與靜態庫鏈接，若是系統中只有靜態庫固然就不須要這個參數了。若是要和多個庫相鏈接，而每一個庫的鏈接方式不同，好比上面的程序既要和 libhello進行靜態鏈接，又要和libbye進行動態鏈接，其命令應爲：

$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello -WI,-Bdynamic -lbye

二、動態庫的路徑問題

爲了讓執行程序順利找到動態庫，有三種方法：

1. 把庫拷貝到/usr/lib和/lib目錄下。
2. 在LD_LIBRARY_PATH環境變量中加上庫所在路徑。例如動態庫 libhello.so在/home/ting/lib目錄下，以bash爲例，使用命令： $export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/ting/lib
3. 修改/etc/ld.so.conf文件，把庫所在的路徑加到文件末尾，並執行ldconfig刷新。這樣，加入的目錄下的全部庫文件均可見。

三、查看庫中的符號

有時候可能須要查看一個庫中到底有哪些函數，nm工具能夠打印出庫中的涉及到的全部符號。庫既能夠是靜態的也能夠是動態的。nm列出的符號有不少， 常見的有三種，一種是在庫中被調用，但並無在庫中定義(代表須要其餘庫支持)，用U表示；一種是庫中定義的函數，用T表示，這是最多見的；另一種是所 謂的「弱態」符號，它們雖然在庫中被定義，可是可能被其餘庫中的同名符號覆蓋，用W表示。例如，假設開發者但願知道上文提到的hello庫中是否引用了 printf():

$nm libhello.so | grep printf U

其中printf U表示符號printf被引用，可是並無在函數內定義，由此能夠推斷，要正常使用hello庫，必須有其它庫支持，再使用ldd工具查看hello依賴於哪些庫：

$ldd hello
libc.so.6=>/lib/libc.so.6(0x400la000)
/lib/ld-linux.so.2=>/lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

從上面的結果能夠繼續查看printf最終在哪裏被定義，有興趣能夠go on

四、生成庫

第一步要把源代碼編繹成目標代碼。如下面的代碼爲例，生成上面用到的hello庫：

/* hello.c */
#include "hello.h"
void sayhello()
{
    printf("hello,world ");
}

用gcc編繹該文件，在編繹時可使用任何合法的編繹參數，例如-g加入調試代碼等：

$gcc -c hello.c -o hello.o

1.鏈接成靜態庫 鏈接成靜態庫使用ar工具，其實ar是archive的意思

$ar cqs libhello.a hello.o

2.鏈接成動態庫 生成動態庫用gcc來完成，因爲可能存在多個版本，所以一般指定版本號：

$gcc -shared -Wl,-soname,libhello.so.1 -o libhello.so.1.0 hello.o

另外再創建兩個符號鏈接：

$ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1
$ln -s libhello.so.1 libhello.so

這樣一個libhello的動態鏈接庫就生成了。最重要的是傳gcc -shared 參數使其生成是動態庫而不是普通執行程序。 -Wl 表示後面的參數也就是-soname,libhello.so.1直接傳給鏈接器ld進行處理。實際上，每個庫都有一個soname，當鏈接器發現它正 在查找的程序庫中有這樣一個名稱，鏈接器便會將soname嵌入連結中的二進制文件內，而不是它正在運行的實際文件名，在程序執行期間，程序會查找擁有 soname名字的文件，而不是庫的文件名，換句話說，soname是庫的區分標誌。這樣作的目的主要是容許系統中多個版本的庫文件共存，習慣上在命名庫 文件的時候一般與soname相同 libxxxx.so.major.minor 其中，xxxx是庫的名字，major是主版本號，minor 是次版本號

總結

經過對LINUX庫工做的分析，咱們已經能夠理解程序運行時如何去別的地方尋找「庫」。

附上針對這個工程的Makefile:

# xiejingquan@gmail.com # export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:~/C/lib

BIN_DIR=bin
LIB_DIR=lib
INC_DIR=inc
SRC_DIR=src

BIN=${BIN_DIR}/testlib
LIB=${LIB_DIR}/libhello.a ${LIB_DIR}/libhello.so

CC=gcc
AR=ar
DOC=doxygen

CFLAGS=-g -Wall -c -Iinc
LFLAGS=-lhello -L${LIB_DIR} -o
ARFLAGS=cqs
SOFLAGS=-shared -Wl,-soname,

all: ${BIN}

lib: ${LIB}

run: all
@./bin/testlib

clean:
rm -f ${BIN_DIR}/* ${LIB_DIR}/*

${BIN_DIR}/testlib: ${LIB_DIR}/testlib.o ${LIB}
${CC} $< ${LFLAGS} $@

${LIB_DIR}/testlib.o: ${SRC_DIR}/testlib.c ${INC_DIR}/hello.h
${CC} ${CFLAGS} $< -o $@

${LIB_DIR}/libhello.a: ${LIB_DIR}/hello.o
${AR} ${ARFLAGS} $@ $<

${LIB_DIR}/libhello.so: ${LIB_DIR}/hello.o
${CC} ${SOFLAGS}libhello.so.1 -o ${LIB_DIR}/libhello.so.1.0 ${LIB_DIR}/hello.o
ln -s ${LIB_DIR}/libhello.so.1.0 ${LIB_DIR}/libhello.so.1
ln -s ${LIB_DIR}/libhello.so.1 ${LIB_DIR}/libhello.so

${LIB_DIR}/hello.o: ${SRC_DIR}/hello.c ${INC_DIR}/hello.h
${CC} ${CFLAGS} $< -o $@

附上文件的目錄結構：

|– bin
|   `– testlib
|– doc
|– inc
|   `– hello.h
|– lib
|   |– hello.o
|   |– libhello.a
|   |– libhello.so -> lib/libhello.so.1
|   |– libhello.so.1 -> lib/libhello.so.1.0
|   |– libhello.so.1.0
|   `– testlib.o
|– src
|   |– hello.c
|   `– testlib.c

說來也巧了，今天恰好在twitter上看到某大牛的推：

Linux下動態連接庫的查找順序：①DT_RPATH、②LD_LIBRARY_PATH環境變量、③/etc/ld.so.conf文件及/etc/ld.so.cond.d/目錄內的*.conf文件、④默認路徑/usr/lib，若是改動了/etc/ld.so.conf 須要使用 /sbin/ldconfig –v 來更新系統。

延伸閱讀：

1. linux動態連接庫的使用;
2. linux 下連接庫的生成使用;