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标题: Linux 中的静态库和动态库简介及生成过程示例 [打印本页]

作者: 3AAA 时间: 2022-12-31 17:32
标题: Linux 中的静态库和动态库简介及生成过程示例
在实际的软件开发项目中，不是每一行代码都需要我们亲自写。在我们的软件产品中，有一些代码(尤其是函数)的出现频率很高，它们可以被当作公共代码来反复使用。为了避免重复劳动，我们就把这些公共代码编译为库文件，供需要的程序调用。在Linux中，库分为静态库和动态库两种。

本文对静态库和动态库进行了详细的介绍，并用实际的C代码演示了这两种库的生成过程。

一、静态库和动态库简介

众所周知，程序一般需要经过预处理、编译、汇编和链接这几个步骤才能变成可执行的程序。在实际的软件开发中，对于一些需要被许多模块反复使用的公共代码，我们就将它们编译为库文件。

库是一种可执行代码的二进制形式，可以被操作系统载入内存执行。Linux支持的库分为静态库和动态库，动态库又称共享库。一般说来，Linux中的一些重要的库是存放在lib目录下的。

静态库文件的后缀为.a，在Linux下一般命名为libxxx.a。在链接步骤中，连接器将从静态库文件中取得所需的代码，复制到生成的可执行文件中。因此，整个库中的所有函数都被编译进了目标代码中。

动态库文件的后缀为.so，在Linux下一般命名为libxxx.so。相对于静态库，动态库在编译的时候并没有被编译进目标代码中，而是程序执行到相关函数时才调用库中对应的函数。

可以看到，静态库的优点是编译后的执行程序不需要外部的函数库支持，缺点是如果静态函数库改变了，那么你的程序必须重新编译；而动态库在多个应用程序都要使用同一函数库的时候就非常适合，但前提是程序的运行环境中必须提供相应的库。不管是静态库，还是动态库，都是由*.o目标文件生成的。

二、静态库生成示例

1.单个文件生成静态库示例

我们编写如下简单的三个程序文件：test.h、test.c和main.c，在main.c中要调用test.c中实现的函数test。test.h文件内容：
#include <stdio.h>void test;
test.c文件内容：
#include "test.h"void test{ printf("this is in test......\n");}
main.c文件内容：
#include "test.h"int main{ test; return 0;}
将此三个文件上传到Linux机器上，编译生成静态库文件，之后调用库文件的整个过程如下所示：
~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/single>?ll-rw------- 1 zhou dba 53 Nov ?4 16:04 main.c-rw------- 1 zhou dba 80 Nov ?4 16:04 test.c-rw------- 1 zhou dba 36 Nov ?4 16:04 test.h~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/single>?gcc -c test.c~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/single> ll-rw------- 1 zhou dba ? 53 Nov ?4 16:04 main.c-rw------- 1 zhou dba ? 80 Nov ?4 16:04 test.c-rw------- 1 zhou dba ? 36 Nov ?4 16:04 test.h-rw-rw-rw- 1 zhou dba 1624 Nov ?4 16:06 test.o~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/single>?ar -r libtest.a test.oar: creating libtest.a~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/single>?ll-rw------- 1 zhou dba ? 53 Nov ?4 16:04 main.c-rw-rw-rw- 1 zhou dba 1766 Nov ?4 16:06 libtest.a-rw------- 1 zhou dba ? 80 Nov ?4 16:04 test.c-rw------- 1 zhou dba ? 36 Nov ?4 16:04 test.h-rw-rw-rw- 1 zhou dba 1624 Nov ?4 16:06 test.o~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/single>?gcc -o test main.c libtest.a~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/single>?ll-rw------- 1 zhou dba ? ?52 Nov ?4 16:09 main.c-rwxrwxrwx 1 zhou dba 11876 Nov ?4 16:09 test-rw-rw-rw- 1 zhou dba ?1766 Nov ?4 16:06 libtest.a-rw------- 1 zhou dba ? ?80 Nov ?4 16:04 test.c-rw------- 1 zhou dba ? ?36 Nov ?4 16:04 test.h-rw-rw-rw- 1 zhou dba ?1624 Nov ?4 16:06 test.o~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/single>?./testthis is in test......
我们可以看到，生成库文件的命令是“ar -r libtest.a test.o”，而将静态库文件编译进代码的命令是“gcc -o test main.c libtest.a”。

这样生成了静态库文件libtest.a之后，如果还有其他程序要调用test.c中实现的函数，只需要将test.h和libtest.a拷贝到对应的代码工程中，然后执行类似“gcc -o test main.c libtest.a”这样的命令即可。

2.多个文件生成静态库示例

我们编写如下简单的五个程序文件：test.h、test_1.c、test_2.c、test_3.c和main.c，在main.c中要调用test_1.c、test_2.c、test_3.c中实现的函数test_1、test_2、test_3。

test.h文件内容：
#include <stdio.h>void test_1;void test_2;void test_3;
test_1.c文件内容：
#include "test.h"void test_1{ printf("this is in test_1......\n");}
test_2.c文件内容：
#include "test.h"void test_2{ printf("this is in test_2......\n");}
test_3.c文件内容：
#include "test.h"void test_3{ printf("this is in test_3......\n");}
main.c文件内容：
#include "test.h"int main{ test_1; test_2; test_3; return 0;}
将此五个文件上传到Linux机器上，编译生成静态库文件，之后调用库文件的整个过程如下所示：
~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/more> ll-rw------- 1 zxin10 dba 96 Nov ?4 16:11 main.c-rw------- 1 zxin10 dba 70 Nov ?4 16:04 test.h-rw------- 1 zxin10 dba 84 Nov ?4 16:04 test_1.c-rw------- 1 zxin10 dba 84 Nov ?4 16:04 test_2.c-rw------- 1 zxin10 dba 84 Nov ?4 16:04 test_3.c~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/more>?gcc -c test_1.c test_2.c test_3.c~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/more> ll-rw------- 1 zxin10 dba ? 96 Nov ?4 16:11 main.c-rw------- 1 zxin10 dba ? 70 Nov ?4 16:04 test.h-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 16:04 test_1.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba 1624 Nov ?4 16:15 test_1.o-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 16:04 test_2.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba 1624 Nov ?4 16:15 test_2.o-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 16:04 test_3.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba 1624 Nov ?4 16:15 test_3.o~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/more>?ar -r libtest.a test_1.o test_2.o test_3.oar: creating libtest.a~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/more> ll-rw------- 1 zxin10 dba ? 96 Nov ?4 16:11 main.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba 5158 Nov ?4 16:15 libtest.a-rw------- 1 zxin10 dba ? 70 Nov ?4 16:04 test.h-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 16:04 test_1.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba 1624 Nov ?4 16:15 test_1.o-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 16:04 test_2.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba 1624 Nov ?4 16:15 test_2.o-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 16:04 test_3.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba 1624 Nov ?4 16:15 test_3.o~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/more>?gcc -o test main.c libtest.a~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/more> ll-rw------- 1 zxin10 dba ? ?96 Nov ?4 16:11 main.c-rwxrwxrwx 1 zxin10 dba 12008 Nov ?4 16:16 test-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba ?5158 Nov ?4 16:15 libtest.a-rw------- 1 zxin10 dba ? ?70 Nov ?4 16:04 test.h-rw------- 1 zxin10 dba ? ?84 Nov ?4 16:04 test_1.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba ?1624 Nov ?4 16:15 test_1.o-rw------- 1 zxin10 dba ? ?84 Nov ?4 16:04 test_2.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba ?1624 Nov ?4 16:15 test_2.o-rw------- 1 zxin10 dba ? ?84 Nov ?4 16:04 test_3.c-rw-rw-rw- 1 zxin10 dba ?1624 Nov ?4 16:15 test_3.o~/zhouzhaoxiong/zzx/mytest/a/more> ./testthis is in test_1......this is in test_2......this is in test_3......?
我们可以看到，生成静态库文件的命令是“ar -r libtest.a test_1.o test_2.o test_3.o”，而将静态库文件编译进代码的命令是“gcc -o test main.c libtest.a”。

这样生成了静态库文件libtest.a之后，如果还有其他程序要调用test_1.c、test_2.c、test_3.c中实现的函数，只需要将test.h和libtest.a拷贝到对应的代码工程中，然后执行类似“gcc -o test main.c libtest.a”这样的命令即可。

三、动态库生成示例

1.单个文件生成动态库示例

我们编写如下简单的三个程序文件：so_test.h、test_a.c和test.c，在test.c中要调用test_a.c中实现的函数test_a。so_test.h文件内容：
#include <stdio.h>void test_a;
test_a.c文件内容：
#include "so_test.h"void test_a{ printf("this is in test_a...\n");}
test.c文件内容：
#include "so_test.h"int main{ test_a; return 0;}
将此三个文件上传到Linux机器上，编译生成动态库文件，之后调用库文件的整个过程如下所示：
~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/so> ll-rw------- 1 zxin10 dba ?95 Nov ?4 17:37 so_test.h-rw------- 1 zxin10 dba 109 Nov ?4 17:37 test.c-rw------- 1 zxin10 dba ?84 Nov ?4 10:57 test_a.c~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/so>?gcc test_a.c -fPIC -shared -o libtest.so~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/so> ll-rwxrwxrwx 1 zxin10 dba 8181 Nov ?4 17:43 libtest.so-rw------- 1 zxin10 dba ? 95 Nov ?4 17:37 so_test.h-rw------- 1 zxin10 dba ?109 Nov ?4 17:37 test.c-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 10:57 test_a.c~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/so>?gcc test.c -L. -ltest -o test~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/so> ll-rwxrwxrwx 1 zxin10 dba ?8181 Nov ?4 17:43 libtest.so-rw------- 1 zxin10 dba ? ?95 Nov ?4 17:37 so_test.h-rwxrwxrwx 1 zxin10 dba 11805 Nov ?4 17:44 test-rw------- 1 zxin10 dba ? 109 Nov ?4 17:37 test.c-rw------- 1 zxin10 dba ? ?84 Nov ?4 10:57 test_a.c~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/so> ./testthis is in test_a...
注意，“./test”命令执行成功的前提是在环境变量中添加了.so文件所在的路径，这个路径可以在“.bash_profile”文件的“LD_LIBRARY_PATH”变量的值中添加。

我们可以看到，生成动态库文件的命令是“gcc test_a.c -fPIC -shared -o libtest.so”，而将动态库文件编译进代码的命令是“gcc test.c -L. -ltest -o test”(-L.表示当前路径)。

这样生成了动态库文件libtest.so之后，如果还有其他程序要调用test_a.c中实现的函数，只需要将so_test.h和libtest.so拷贝到对应的代码工程中，然后执行类似“gcc test.c -L. -ltest -o test”这样的命令即可(前提是libtest.so所在的路径在环境变量中设置正确)。

2.多个文件生成动态库示例

我们编写如下简单的五个程序文件：so_test.h、test_a.c、test_b.c、test_c.c和test.c，在test.c中要调用test_a.c、test_b.c、test_c.c中实现的函数test_a、test_b、test_c。

so_test.h文件内容：
#include <stdio.h>void test_a;void test_b;void test_c;
test_b.c文件内容：
#include "so_test.h"void test_b{ printf("this is in test_b...\n");}
test_c.c文件内容：
#include "so_test.h"void test_c{ printf("this is in test_c...\n");}
test.c文件内容：
#include "so_test.h"int main{ test_a; test_b; test_c; return 0;}
将此五个文件上传到Linux机器上，编译生成动态库文件，之后调用库文件的整个过程如下所示：
~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/test_so> ll-rwxrwxrwx 1 zxin10 dba 8309 Nov ?5 09:12 libtest-rw------- 1 zxin10 dba ? 70 Nov ?5 13:44 so_test.h-rw------- 1 zxin10 dba ?105 Nov ?4 15:25 test.c-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 15:25 test_a.c-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 15:25 test_b.c-rw------- 1 zxin10 dba ? 84 Nov ?4 15:25 test_c.c~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/test_so>?gcc test_a.c test_b.c test_c.c -fPIC -shared -o libtest.so~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/test_so>?gcc test.c -L. -ltest -o test~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/test_so> ll-rwxrwxrwx 1 zxin10 dba ?8309 Nov ?5 13:46 libtest.so-rw------- 1 zxin10 dba ? ?70 Nov ?5 13:44 so_test.h-rwxrwxrwx 1 zxin10 dba 11883 Nov ?5 13:46 test-rw------- 1 zxin10 dba ? 105 Nov ?4 15:25 test.c-rw------- 1 zxin10 dba ? ?84 Nov ?4 15:25 test_a.c-rw------- 1 zxin10 dba ? ?84 Nov ?4 15:25 test_b.c-rw------- 1 zxin10 dba ? ?84 Nov ?4 15:25 test_c.c~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/test_so> ./testthis is in test_a...this is in test_b...this is in test_c...
注意，“./test”命令执行成功的前提仍然是在环境变量中添加了.so文件所在的路径，这个路径可以在“.bash_profile”文件的“LD_LIBRARY_PATH”变量的值中添加。

我们可以看到，多个文件生成动态库文件的命令是“gcc test_a.c test_b.c test_c.c -fPIC -shared -o libtest.so”，而将动态库文件编译进代码的命令是“gcc test.c -L. -ltest -o test”(-L.表示当前路径)。

这样生成了动态库文件libtest.so之后，如果还有其他程序要调用test_a.c、test_b.c、test_c.c中实现的函数，只需要将so_test.h和libtest.so拷贝到对应的代码工程中，然后执行类似“gcc test.c -L. -ltest -o test”这样的命令即可(前提是libtest.so所在的路径在环境变量中设置正确)。

四、总结

有关生成静态库和动态库的命令，说明如下：

第一，在本文中，我们使用的生成静态库的命令形如“ar -r test.a test.o”，其中，-r是replace的意思，表示如果当前插入的模块名已经在库中存在，则替换同名的模块。我们也可以用形如“ar -cr test.a test.o”的命令来生成静态库，其中-c是create的意思，表示生成。

第二，在本文中，我们使用的生成动态库文件的命令形如“gcc test_a.c -fPIC -shared -o libtest.so”，其中，fPIC表示编译为位置独立的代码，shared表示生成的库为共享库。将动态库文件编译进代码的命令是“gcc test.c -L. -ltest -o test”，-L指定库查找的位置(注意L后面还有'.')，表示在当前目录下查找(如果在当前目录下的lib目录下查找，可以写成-L./lib)；-l则指定函数库名，其中的lib和.so省略(如这里的libtest.so就简写为test)。

第三，使用ldd命令可以查看一个可执行程序依赖的共享库，该命令的使用示例如下所示：
~/zhouzhaoxiong/zzx/mylib/test_so> ldd test? ? ? ? linux-vdso.so.1 => ?(0x00007fff1db6e000)? ? ? ??libtest.so => /home/zhou/lib/libtest.so (0x00007fdbfff21000)? ? ? ? libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fdbffb95000)? ? ? ? /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fdc00124000)
可以看到，可执行文件test依赖于四个共享库，其中libtest.so位于当前用户的lib目录下。

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