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Linux下如何用GCC編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)

本文主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題
　　1 為什么要使用庫(kù)？
　　2 庫(kù)的分類
　　3 創(chuàng)建自己的庫(kù)
　　或許大家對(duì)自己初學(xué) Linux時(shí)的情形仍記憶尤新吧。如果沒(méi)有一個(gè)能較好的解決依賴關(guān)系的包管理器，在Linux下安裝軟件將是一件及其痛苦的工作。你裝a包時(shí)，可能會(huì)提示你要先裝b包，當(dāng)你費(fèi)盡心力找到b包時(shí)，可能又會(huì)提示你要先安裝c包。我就曾被這樣的事搞的焦頭爛額，至今一提起rpm仍心有余悸，頭皮發(fā)麻。說(shuō)是一朝被蛇咬，十年怕井繩怕也不為過(guò)。
　　Linux下之所以有這許多的依賴關(guān)系，其中一個(gè)開(kāi)發(fā)原則真是功不可沒(méi)。這個(gè)原則就是：盡量不重復(fù)做別人已經(jīng)做過(guò)的事。換句話說(shuō)就是盡量充分利用別人的勞動(dòng)成果。
　　這就涉及到如何有效的進(jìn)行代碼復(fù)用。
　　1 為什么要使用庫(kù)？
　　關(guān)于代碼復(fù)用的途徑，一般有兩種。
　　粘貼復(fù)制
　　這是最沒(méi)有技術(shù)含量的一種方案。如果代碼小，則工作量還可以忍受，如果代碼很龐大，則此法不可取。即便有人原意這樣做，但誰(shuí)又能保證所有的代碼都可得到呢？
　　而庫(kù)的出現(xiàn)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。
　　庫(kù)，是一種封裝機(jī)制，簡(jiǎn)單說(shuō)把所有的源代碼編譯成目標(biāo)代碼后打成的包。
　　那么用戶怎么能知道這個(gè)庫(kù)提供什么樣的接口呢？難道要用nm等工具逐個(gè)掃描？
　　不用擔(dān)心，庫(kù)的開(kāi)發(fā)者早以把一切都做好了。除了包含目標(biāo)代碼的庫(kù)外，www.Linuxidc.com一般還會(huì)提供一系列的頭文件，頭文件中就包含了庫(kù)的接口。為了讓方便用戶，再加上一個(gè)使用說(shuō)明就差不多完美了。
　　2 庫(kù)的分類
　　2.1 庫(kù)的分類
　　根據(jù)鏈接時(shí)期的不同，庫(kù)又有靜態(tài)庫(kù)和動(dòng)態(tài)庫(kù)之分。
　　靜態(tài)庫(kù)是在鏈接階段被鏈接的（好像是廢話，但事實(shí)就是這樣），所以生成的可執(zhí)行文件就不受庫(kù)的影響了，即使庫(kù)被刪除了，程序依然可以成功運(yùn)行。
　　有別于靜態(tài)庫(kù)，動(dòng)態(tài)庫(kù)的鏈接是在程序執(zhí)行的時(shí)候被鏈接的。所以，即使程序編譯完，庫(kù)仍須保留在系統(tǒng)上，以供程序運(yùn)行時(shí)調(diào)用。（TODO：鏈接動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)鏈接階段到底做了什么）
　　2.2 靜態(tài)庫(kù)和動(dòng)態(tài)庫(kù)的比較
　　鏈接靜態(tài)庫(kù)其實(shí)從某種意義上來(lái)說(shuō)也是一種粘貼復(fù)制，只不過(guò)它操作的對(duì)象是目標(biāo)代碼而不是源碼而已。因?yàn)殪o態(tài)庫(kù)被鏈接后庫(kù)就直接嵌入可執(zhí)行文件中了，這樣就帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題。
　　首先就是系統(tǒng)空間被浪費(fèi)了。這是顯而易見(jiàn)的，想象一下，如果多個(gè)程序鏈接了同一個(gè)庫(kù)，則每一個(gè)生成的可執(zhí)行文件就都會(huì)有一個(gè)庫(kù)的副本，必然會(huì)浪費(fèi)系統(tǒng)空間。
　　再者，人非圣賢，即使是精心調(diào)試的庫(kù)，也難免會(huì)有錯(cuò)。一旦發(fā)現(xiàn)了庫(kù)中有bug，挽救起來(lái)就比較麻煩了。必須一一把鏈接該庫(kù)的程序找出來(lái)，然后重新編譯。
　　而動(dòng)態(tài)庫(kù)的出現(xiàn)正彌補(bǔ)了靜態(tài)庫(kù)的以上弊端。因?yàn)閯?dòng)態(tài)庫(kù)是在程序運(yùn)行時(shí)被鏈接的，所以磁盤(pán)上只須保留一份副本，因此節(jié)約了磁盤(pán)空間。如果發(fā)現(xiàn)了bug或要升級(jí)也很簡(jiǎn)單，只要用新的庫(kù)把原來(lái)的替換掉就行了。
　　那么，是不是靜態(tài)庫(kù)就一無(wú)是處了呢？
　　答曰：非也非也。不是有句話么：存在即是合理。靜態(tài)庫(kù)既然沒(méi)有湮沒(méi)在滔滔的歷史長(zhǎng)河中，就必然有它的用武之地。想象一下這樣的情況：如果你用libpcap庫(kù)編了一個(gè)程序，要給被人運(yùn)行，而他的系統(tǒng)上沒(méi)有裝pcap庫(kù)，該怎么解決呢？最簡(jiǎn)單的辦法就是編譯該程序時(shí)把所有要鏈接的庫(kù)都鏈接它們的靜態(tài)庫(kù)，這樣，就可以在別人的系統(tǒng)上直接運(yùn)行該程序了。
　　所謂有得必有失，正因?yàn)閯?dòng)態(tài)庫(kù)在程序運(yùn)行時(shí)被鏈接，故程序的運(yùn)行速度和鏈接靜態(tài)庫(kù)的版本相比必然會(huì)打折扣。然而瑕不掩瑜，動(dòng)態(tài)庫(kù)的不足相對(duì)于它帶來(lái)的好處在現(xiàn)今硬件下簡(jiǎn)直是微不足道的，所以鏈接程序在鏈接時(shí)一般是優(yōu)先鏈接動(dòng)態(tài)庫(kù)的，除非用-static參數(shù)指定鏈接靜態(tài)庫(kù)。
　　2.3 如何判斷一個(gè)程序有沒(méi)有鏈接動(dòng)態(tài)庫(kù)?
　　答案是用file實(shí)用程序。
　　file程序是用來(lái)判斷文件類型的，在file命令下，所有文件都會(huì)原形畢露的。
　　順便說(shuō)一個(gè)技巧。有時(shí)在 windows下用瀏覽器下載tar.gz或tar.bz2文件，后綴名會(huì)變成奇怪的tar.tar，到Linux有些新手就不知怎么解壓了。但 Linux下的文件類型并不受文件后綴名的影響，所以我們可以先用命令file xxx.tar.tar看一下文件類型，然后用tar加適當(dāng)?shù)膮?shù)解壓。
　　另外，還可以借助程序ldd實(shí)用程序來(lái)判斷。
　　ldd是用來(lái)打印目標(biāo)程序（由命令行參數(shù)指定）所鏈接的所有動(dòng)態(tài)庫(kù)的信息的，如果目標(biāo)程序沒(méi)有鏈接動(dòng)態(tài)庫(kù)，則打印“not a dynamic executable”，ldd的用法請(qǐng)參考manpage。
　　3 創(chuàng)建自己的庫(kù)
　　3.1 創(chuàng)建動(dòng)態(tài)庫(kù)
　　創(chuàng)建文件hello.c，內(nèi)容如下：
　　#include
　　void hello(void)
　　{
　　printf("Hello World\n");
　　}
　　用命令gcc -shared hello.c -o libhello.so編譯為動(dòng)態(tài)庫(kù)。可以看到，當(dāng)前目錄下多了一個(gè)文件libhello.so。
　　[leo@leo test]$ file libhello.so
　　libhello.so: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
　　看到了吧，文件類型是shared object了。
　　再編輯一個(gè)測(cè)試文件test.c，內(nèi)容如下：
　　int
　　main()
　　{
　　hello();
　　return 0;
　　}
　　這下可以編譯了：）
　　[leo@leo test]$ gcc test.c
　　/tmp/ccm7w6Mn.o: In function `main':
　　test.c:(.text+0x1d): undefined reference to `hello'
　　collect2: ld returned 1 exit status
　　鏈接時(shí)gcc找不到hello函數(shù)，編譯失敗:(。原因是hello在我們自己創(chuàng)建的庫(kù)中，如果gcc能找到那才教見(jiàn)鬼呢！ok，再接再厲。
　　[leo@leo test]$ gcc test.c -lhello
　　/usr/lib/gcc/i686-pc-Linux-gnu/4.0.0/../../../../i686-pc-Linux-gnu/bin/ld: cannot find -lhello
　　collect2: ld returned 1 exit status
　　[leo@leo test]$ gcc test.c -lhello -L.
　　[leo@leo test]$
第一次編譯直接編譯，gcc默認(rèn)會(huì)鏈接標(biāo)準(zhǔn)c庫(kù)，但符號(hào)名hello解析不出來(lái)，故連接階段通不過(guò)了。
　　現(xiàn)在用gcc test.c -lhello -L.已經(jīng)編譯成功了，默認(rèn)輸出為a.out。現(xiàn)在來(lái)試著運(yùn)行一下：
　　[leo@leo test]$ ./a.out
　　./a.out: error while loading shared libraries: libhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory
　　咦，怎么回事？原來(lái)雖然鏈接時(shí)鏈接器（dynamic linker）找到了動(dòng)態(tài)庫(kù)libhello.so，但動(dòng)態(tài)加載器(dynamic loader，一般是/lib/ld-Linux.so.2)卻沒(méi)找到。再來(lái)看看ldd的輸出：
　　[leo@leo test]$ ldd a.out
　　Linux-gate.so.1 => (0xffffe000)
　　libhello.so => not found
　　libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40034000)
　　/lib/ld-Linux.so.2 (0x40000000)
　　果然如此，看到?jīng)]有，libhello.so => not found。
　　Linux為我們提供了兩種解決方法：
　　1.可以把當(dāng)前路徑加入 /etc/ld.so.conf中然后運(yùn)行l(wèi)dconfig，或者以當(dāng)前路徑為參數(shù)運(yùn)行l(wèi)dconfig（要有root權(quán)限才行）。
　　2.把當(dāng)前路徑加入環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH中
　　當(dāng)然，如果你覺(jué)得不會(huì)引起混亂的話，可以直接把該庫(kù)拷入/lib,/usr/lib/等位置（無(wú)可避免，這樣做也要有權(quán)限），這樣鏈接器和加載器就都可以準(zhǔn)確的找到該庫(kù)了。
　　我們采用第二種方法：
　　[leo@leo test]$ export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH
　　[leo@leo test]$ ldd a.out
　　Linux-gate.so.1 => (0xffffe000)
　　libhello.so => ./libhello.so (0x4001f000)
　　libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40036000)
　　/lib/ld-Linux.so.2 (0x40000000)
　　哈哈，這下ld-Linux.so.2就可以找到libhello.so這個(gè)庫(kù)了。
　　現(xiàn)在可以直接運(yùn)行了：
　　[leo@leo test]$ ./a.out
　　Hello World
　　3.2 創(chuàng)建靜態(tài)庫(kù)
　　仍使用剛才的hello.c和test.c。
　　第一步，生成目標(biāo)文件。
　　[leo@leo test]$ gcc -c hello.c
　　[leo@leo test]$ ls hello.o -l
　　-rw-r--r-- 1 leo users 840 5月 6 12:48 hello.o
　　第二步,把目標(biāo)文件歸檔。
　　[leo@leo test]$ ar r libhello.a hello.o
　　ar: creating libhello.a
　　OK,libhello.a就是我們所創(chuàng)建的靜態(tài)庫(kù)了，簡(jiǎn)單吧:)
　　[leo@leo test]$ file libhello.a
　　libhello.a: current ar archive
　　下面一行命令就是教你如何在程序中鏈接靜態(tài)庫(kù)的：
　　[leo@leo test]$ gcc test.c -lhello -L. -static -o hello.static
　　我們來(lái)用file命令比較一下用動(dòng)態(tài)庫(kù)和靜態(tài)庫(kù)鏈接的程序的區(qū)別：
　　[leo@leo test]$ gcc test.c -lhello -L. -o hello.dynamic
　　正如前面所說(shuō)，鏈接器默認(rèn)會(huì)鏈接動(dòng)態(tài)庫(kù)（這里是libhello.so），所以只要把上個(gè)命令中的 -static參數(shù)去掉就可以了。
　　用file實(shí)用程序驗(yàn)證一下是否按我們的要求生成了可執(zhí)行文件：
　　[leo@leo test]$ file hello.static hello.dynamic
　　hello.static: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.6.6, statically linked, not stripped
　　hello.dynamic: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.6.6, dynamically linked (uses shared libs), not stripped
　　不妨順便練習(xí)一下ldd的用法：
　　[leo@leo test]$ ldd hello.static hello.dynamic
　　hello.static:
　　not a dynamic executable
　　hello.dynamic:
　　Linux-gate.so.1 => (0xffffe000)
　　libhello.so => ./libhello.so (0x4001f000)
　　libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40034000)
　　/lib/ld-Linux.so.2 (0x40000000)
　　OK，看來(lái)沒(méi)有問(wèn)題，那就比較一下大小先：
　　[leo@leo test]$ ls -l hello.[ds]*
　　-rwxr-xr-x 1 leo users 5911 5月 6 12:54 hello.dynamic
　　-rwxr-xr-x 1 leo users 628182 5月 6 12:54 hello.static
　　看到區(qū)別了吧，鏈接靜態(tài)庫(kù)的目標(biāo)程序和鏈接動(dòng)態(tài)庫(kù)的程序比起來(lái)簡(jiǎn)直就是一個(gè)龐然大物！
　　這么小的程序，很難看出執(zhí)行時(shí)間的差別，不過(guò)為了完整起見(jiàn)，還是看一下time的輸出吧：
　　[leo@leo test]$ time ./hello.static
　　Hello World
　　real 0m0.001s
　　user 0m0.000s
　　sys 0m0.001s
　　[leo@leo test]$ time ./hello.dynamic
　　Hello World
　　real 0m0.001s
　　user 0m0.000s
　　sys 0m0.001s
　　如果程序比較大的話，應(yīng)該效果會(huì)很明顯的。

標(biāo)簽：邵陽(yáng) 新鄉(xiāng) 沈陽(yáng) 東營(yíng) 云浮法律服務(wù) 阜陽(yáng) 慶陽(yáng)

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