Linux系统编程(二)

写在前面

本文主要介绍Linux系统编程中的静态库/动态库

静态库

静态库介绍

之所以称为静态库,是因为在链接阶段,会将汇编生成的目标文件.o与引用到的库一起链接打包到可执行文件中。因此对应的链接方式称为静态链接。
试想一下,静态库与汇编生成的目标文件一起链接为可执行文件,那么静态库必定跟.o文件格式相似。其实一个静态库可以简单看成是一组目标文件.o/.obj文件的集合,即很多目标文件经过压缩打包后形成的一个文件。静态库特点总结如下:

  • 静态库对函数库的链接是放在编译时期完成的。
  • 程序在运行时与函数库再无瓜葛,移植方便。
  • 浪费空间和资源,因为所有相关的目标文件与牵涉到的函数库被链接合成一个可执行文件。

静态库制作于使用

Linux静态库命名规范,必须是lib[your_library_name].a:lib为前缀,中间是静态库名,扩展名为.a。

  • 将 .c 生成 .o 文件
      gcc -c add.c -o add.o
  • 使用 ar 工具制作静态库
      ar rcs lib库名.a add.o sub.o div.o
  • 编译静态库到可执行文件中:
    • 方法一:gcc test.c lib库名.a -o a.out
    • 方法二:Linux下使用静态库,只需要在编译的时候,指定静态库的搜索路径(-L选项)、指定静态库名(不需要lib前缀和.a后缀,-l选项),gcc test.c -L../库路径 -l库名

头文件创建

在创建静态库时会出现如下警告
image
此时应该创建相应的头文件对应。
image

头文件守护

防止头文件被重复包含,具体解释

#ifndef _HEAD_H_
#define _HEAD_H_
......
#endif

动态库

动态库介绍

动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中,而是在程序运行是才被载入。不同的应用程序如果调用相同的库,那么在内存里只需要有一份该共享库的实例,规避了空间浪费问题。动态库在程序运行时才被载入,也解决了静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。用户只需要更新动态库即可,增量更新。
动态库特点总结:

  • 动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期。 
  • 可以实现进程之间的资源共享。(因此动态库也称为共享库)
  • 将一些程序升级变得简单。
  • 甚至可以真正做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制(显示调用)。 
  • 动态库制作

  • .c 生成 .o 文件,(生成与位置无关的代码 -fPIC
      gcc -c add.c -o add.o -fPIC
  • 使用 gcc -shared 制作动态库
      gcc -shared -o lib库名.so 需要添加的.o文件
  • 编译可执行程序时,指定所使用的动态库。 -l:指定库名(去掉lib前缀和.so后缀) -L:指定库路径
      gcc main.c -o main -lmymath -L./lib
  • 运行可以执行程序 ./main 出错
    image
  • 原因:
    • 链接器:工作于链接阶段, 工作时需要 -l-L
    • 动态链接器: 工作于程序运行阶段,工作时需要提供动态库所在目录位置。
  • 解决方式:
    • 【1】 通过环境变量: export LD_LIBRARY_PATH=动态库路径
          ./main 成功!!! (临时生效, 终端重启环境变量失效)
    • 【2】 永久生效: 写入 终端配置文件。 .bashrc 建议使用绝对路径。
          1) vim ~/.bashrc
          2) 写入 export LD_LIBRARY_PATH=动态库路径 保存
          3). .bashrc/source .bashrc 或 重启 终端 ---> 让修改后的.bashrc生效
          4)./main 成功!!!
    • 【3】 拷贝自定义动态库 到 /lib (标准C库所在目录位置,不建议使用)
    • 【4】 配置文件法
          1)sudo vim /etc/ld.so.conf
          2) 写入 动态库绝对路径 保存
          3)sudo ldconfig -v 使配置文件生效。
          4)./main 成功!!!--- 使用 ldd main 查看

区别

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在上述创建过程下,静态库会把库内的内容都编译到要执行的文件中,会造成非常严重浪费空间。

其次,另一个问题是静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。如果静态库libxx.a更新了,所有使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户(对于玩家来说,只是一个很小的改动,却导致整个程序重新下载,全量更新)
对于动态库而言

通过不断地调用内存中的内容,避免了空间浪费的问题,同时让程序的升级变得简单,但是不断的进行系统调用无疑会加剧编译的时间,在很长的工程代码中效果更为明显。
二者的不同点在于代码被载入的时刻不同

  • 静态库在程序编译时会被连接到目标代码中,程序运行时将不再需要该静态库,因此体积较大。
  • 动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中,而是在程序运行是才被载入,因此在程序运行时还需要动态库存在,因此代码体积较小。  
    动态库的好处是,不同的应用程序如果调用相同的库,那么在内存里只需要有一份该共享库的实例。带来好处的同时,也会有问题!如经典的DLL Hell问题,关于如何规避动态库管理问题,可以自行查找相关资料。
    综上,选择的标准可以定为
  • 静态库:对空间要求较低,对时间要求较高的核心程序中选择静态库
  • 动态库:对时间要求较低,对空间要求较高的核心程序中选择动态库

本节图片选自阿玛尼迪迪