一、什么是庫(kù)？

• 在windows平臺(tái)和linux平臺(tái)下都大量存在著庫(kù)。一般是軟件作者為了發(fā)布方便、替換方便或二次開(kāi)發(fā)目的，而發(fā)布的一組可以單獨(dú)與應(yīng)用程序進(jìn)行compile time或runtime鏈接的二進(jìn)制可重定位目標(biāo)碼文件。

• 本質(zhì)上來(lái)說(shuō)庫(kù)是一種可執(zhí)行代碼的二進(jìn)制形式，這個(gè)文件可以在編譯時(shí)由編譯器直接鏈接到可執(zhí)行程序中，也可以在運(yùn)行時(shí)由操作系統(tǒng)的runtime enviroment根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)加載到內(nèi)存中。

• 一組庫(kù)，就形成了一個(gè)發(fā)布包，當(dāng)然，具體發(fā)布多少個(gè)庫(kù)，完全由庫(kù)提供商自己決定。

• 由于windows和linux的本質(zhì)不同，因此二者庫(kù)的二進(jìn)制是不兼容的。

• 現(xiàn)實(shí)中每個(gè)程序都要依賴(lài)很多基礎(chǔ)的底層庫(kù)，不可能每個(gè)人的代碼都從零開(kāi)始，因此庫(kù)的存在意義非同尋常。

• 共享庫(kù)的好處是，不同的應(yīng)用程序如果調(diào)用相同的庫(kù)，那么在內(nèi)存里只需要有一份該共享庫(kù)的實(shí)例。

• 本文僅討論linux下的庫(kù)。

二、庫(kù)的分類(lèi)

• 庫(kù)有兩種：靜態(tài)庫(kù)和共享庫(kù)（動(dòng)態(tài)庫(kù)）。

• 從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，由同一段程序編譯出來(lái)的靜態(tài)庫(kù)和動(dòng)態(tài)庫(kù)，在功能上是沒(méi)有區(qū)別的。不同之處僅僅在于其名字上，也就是“靜態(tài)”和“動(dòng)態(tài)”。

• 二者均以文件的形式存在，其本質(zhì)上是一種可執(zhí)行代碼的二進(jìn)制格式，可以被載入內(nèi)存中執(zhí)行。 無(wú)論是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)還是靜態(tài)鏈接庫(kù)，它們無(wú)非是向其調(diào)用者提供變量、函數(shù)和類(lèi)。

1. 靜態(tài)庫(kù)

• 所謂靜態(tài)庫(kù)，就是在靜態(tài)編譯時(shí)由編譯器到指定目錄尋找并且進(jìn)行鏈接，一旦鏈接完成，最終的可執(zhí)行程序中就包含了該庫(kù)文件中的所有有用信息，包括代碼段、數(shù)據(jù)段等。

2. 動(dòng)態(tài)庫(kù)

所謂動(dòng)態(tài)庫(kù)，就是在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，由操作系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用程序的請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)到指定目錄下尋找并裝載入內(nèi)存中，同時(shí)需要進(jìn)行地址重定向。

3. 區(qū)別

• 我們以編譯鏈接、載入時(shí)刻兩點(diǎn)來(lái)討論靜態(tài)庫(kù)和動(dòng)態(tài)庫(kù)的區(qū)別。

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編譯鏈接

• 靜態(tài)鏈接庫(kù)在程序編譯時(shí)會(huì)被鏈接到目標(biāo)代碼中，目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)將不再需要改動(dòng)態(tài)庫(kù)，移植方便，體積較大，浪費(fèi)空間和資源，因?yàn)樗邢嚓P(guān)的對(duì)象文件與牽涉到庫(kù)都被鏈接合成一個(gè)可執(zhí)行文件，這樣導(dǎo)致可執(zhí)行文件的體積較大。

• 動(dòng)態(tài)庫(kù)在程序編譯時(shí)并不會(huì)被鏈接到目標(biāo)代碼中，而是在程序運(yùn)行時(shí)才被載入，因?yàn)榭蓤?zhí)行文件體積較小。有了動(dòng)態(tài)庫(kù)，程序的升級(jí)會(huì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，比如某個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)升級(jí)了，只需要更換這個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)的文件，而不需要去更換可執(zhí)行文件。但要注意的是，可執(zhí)行程序在運(yùn)行時(shí)需要能找到動(dòng)態(tài)庫(kù)文件?？蓤?zhí)行文件時(shí)動(dòng)態(tài)庫(kù)的調(diào)用者。

載入時(shí)刻

• 二者的不同點(diǎn)在于代碼被載入的時(shí)刻不同。 靜態(tài)庫(kù)的代碼在編譯過(guò)程中已經(jīng)被載入可執(zhí)行程序，因此體積較大。 共享庫(kù)的代碼是在可執(zhí)行程序運(yùn)行時(shí)才載入內(nèi)存的，在編譯過(guò)程中僅簡(jiǎn)單的引用，因此代碼體積較小。

4. 優(yōu)缺點(diǎn)

• 相對(duì)于動(dòng)態(tài)庫(kù)，靜態(tài)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)在于直接被鏈接進(jìn)可執(zhí)行程序中，之后，該可執(zhí)行程序就不再依賴(lài)于運(yùn)行環(huán)境的設(shè)置了（當(dāng)然仍然會(huì)依賴(lài)于 CPU指令集和操作系統(tǒng)支持的可執(zhí)行文件格式等硬性限制）。

• 而動(dòng)態(tài)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)在于，用戶(hù)甚至可以在程序運(yùn)行時(shí)隨時(shí)替換該動(dòng)態(tài)庫(kù)，這就構(gòu)成了動(dòng)態(tài)插件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。具體使用靜態(tài)庫(kù)和動(dòng)態(tài)庫(kù)，由程序員根據(jù)需要自己決定。

• 另外，需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，從底層實(shí)現(xiàn)上，動(dòng)態(tài)庫(kù)的效率可能會(huì)比靜態(tài)庫(kù)稍差一點(diǎn)點(diǎn)，注意，這里用了“可能”二字，具體差不差，還得看寫(xiě)程序的人。之所以可能會(huì)差，主要原因在于，程序總無(wú)法直接調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)中的函數(shù)符號(hào)，而只能通過(guò)調(diào)用操作系統(tǒng)的runtime enviroment接口來(lái)動(dòng)態(tài)載入某個(gè)函數(shù)符號(hào)，同時(shí)獲得該函數(shù)符號(hào)在內(nèi)存中的地址，將其保存為函數(shù)指針進(jìn)行調(diào)用，這就在函數(shù)調(diào)用時(shí)增加了一次間接尋址的過(guò)程。

三、庫(kù)文件的制作

1. 庫(kù)文件命名

• 靜態(tài)庫(kù)的名字一般為libxxxx.a，其中xxxx是該lib的名稱(chēng)； 動(dòng)態(tài)庫(kù)的名字一般為libxxxx.so.x.y.z，含義如下圖所示：

2. 制作庫(kù)文件常用參數(shù)

• 首先需要了解gcc編譯庫(kù)要用到一些參數(shù)，很重要。

• 參數(shù) 含義 -shared 指定生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。 -static 指定生成靜態(tài)鏈接庫(kù)。 -fPIC 表示編譯為位置獨(dú)立的代碼，用于編譯共享庫(kù)。目標(biāo)文件需要?jiǎng)?chuàng)建成位置無(wú)關(guān)碼，概念上就是在可執(zhí)行程序裝載它們的時(shí)候，它們可以放在可執(zhí)行程序的內(nèi)存里的任何地方。 -L 表示要連接的庫(kù)在當(dāng)前目錄中。 -l 指定鏈接時(shí)需要的動(dòng)態(tài)庫(kù)。編譯器查找動(dòng)態(tài)連接庫(kù)時(shí)有隱含的命名規(guī)則，即在給出的名字前面加上lib，后面加上.so來(lái)確定庫(kù)的名稱(chēng)。 -Wall 生成所有警告信息。 -ggdb 此選項(xiàng)將盡可能的生成gdb的可以使用的調(diào)試信息。 -g 編譯器在編譯的時(shí)候產(chǎn)生調(diào)試信息。 -c 只激活預(yù)處理、編譯和匯編,也就是把程序做成目標(biāo)文件(.o文件)。 -Wl,options 把參數(shù)(options)傳遞給鏈接器ld。如果options中間有逗號(hào),就將options分成多個(gè)選項(xiàng),然后傳遞給鏈接程序。

3. 庫(kù)源文件

• 假定我們要將以下兩個(gè)文件制作成庫(kù)文件 add.c

• add.h
  

4. 制作靜態(tài)庫(kù)并使用

1. 需要把 add.c 編譯成.o文件

使用 ar 命令生成靜態(tài)庫(kù)libadd.a

使用靜態(tài)庫(kù) 要是用靜態(tài)庫(kù)libadd.a，只需要包含add.h,就可以使用函數(shù)add()、sub()。

靜態(tài)庫(kù)的文件可以放在任意的位置，編譯時(shí)只需要找到該庫(kù)文件即可。

1. 庫(kù)和頭文件如果在其他目錄下

• 使用一下命令編譯：

或者

1. 通過(guò)-I(是大i)指定對(duì)應(yīng)的頭文件 2）. 通過(guò)-L制定庫(kù)文件的路徑,libadd.a就是要用的靜態(tài)庫(kù)。 3）. 在test.c中要包含靜態(tài)庫(kù)的頭文件。

5. 制作動(dòng)態(tài)庫(kù)并使用

1. 把a(bǔ)dd.c編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)libadd.so

也可以直接使用一條命令

動(dòng)態(tài)庫(kù)的安裝 通常動(dòng)態(tài)庫(kù)拷貝到/lib下即可：

使用動(dòng)態(tài)庫(kù)

編譯動(dòng)態(tài)庫(kù)：

注意觀(guān)察編譯時(shí)動(dòng)態(tài)庫(kù)的名字與庫(kù)文件對(duì)應(yīng)關(guān)系

• 去掉 .so, lib簡(jiǎn)化成l，其他字母保留。

6. 動(dòng)態(tài)加載的函數(shù)庫(kù)Dynamically Loaded (DL) Libraries

• 動(dòng)態(tài)加載的函數(shù)庫(kù)Dynamically loaded (DL) libraries是一類(lèi)函數(shù)庫(kù)，它可以在程序運(yùn)行過(guò)程中的任何時(shí)間加載。它們特別適合在函數(shù)中加載一些模塊和plugin擴(kuò)展模塊的場(chǎng)合，因?yàn)樗梢栽诋?dāng)程序需要某個(gè)plugin模塊時(shí)才動(dòng)態(tài)的加載。

• Linux系統(tǒng)下，DL函數(shù)庫(kù)與其他函數(shù)庫(kù)在格式上沒(méi)有特殊的區(qū)別，它們創(chuàng)建的時(shí)候是標(biāo)準(zhǔn)的object格式。主要的區(qū)別就是這些函數(shù)庫(kù)不是在程序鏈接的時(shí)候或者啟動(dòng)的時(shí)候加載，而是通過(guò)一個(gè)API來(lái)打開(kāi)一個(gè)函數(shù)庫(kù)，尋找符號(hào)表，處理錯(cuò)誤和關(guān)閉函數(shù)庫(kù)。通常C語(yǔ)言環(huán)境下，需要包含這個(gè)頭文件。

dlopen()

• dlopen函數(shù)打開(kāi)一個(gè)函數(shù)庫(kù)然后為后面的使用做準(zhǔn)備。C語(yǔ)言原型是：

• 如果有好幾個(gè)函數(shù)庫(kù)，它們之間有一些依賴(lài)關(guān)系的話(huà)，例如X依賴(lài)Y，那么你就要先加載那些被依賴(lài)的函數(shù)。 例如先加載Y，然后加載X。

dlerror()

• 通過(guò)調(diào)用dlerror()函數(shù)，我們可以獲得最后一次調(diào)用dlopen()，dlsym()，或者dlclose（）的錯(cuò)誤信息。

dlsym()

• 如果你加載了一個(gè)DL函數(shù)庫(kù)而不去使用當(dāng)然是不可能的了，使用一個(gè)DL函數(shù)庫(kù)的最主要的一個(gè)函數(shù)就是dlsym()，這個(gè)函數(shù)在一個(gè)已經(jīng)打開(kāi)的函數(shù)庫(kù)里面查找給定的符號(hào)。這個(gè)函數(shù)如下定義：

dlclose()

• dlopen()函數(shù)的反過(guò)程就是dlclose（）函數(shù)，dlclose（）函數(shù)用力關(guān)閉一個(gè)DL函數(shù)庫(kù)。 Dl函數(shù)庫(kù)維持一個(gè)資源利用的計(jì)數(shù)器，當(dāng)調(diào)用dlclose的時(shí)候，就把這個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)減一，如果計(jì)數(shù)器為0，則真正的釋放掉。真正釋放的時(shí)候，如果函數(shù)庫(kù)里面有_fini()這個(gè)函數(shù)，則自動(dòng)調(diào)用_fini（）這個(gè)函數(shù)，做一些必要的處理。 Dlclose（）返回0表示成功，其他非0值表示錯(cuò)誤。

舉例

四、庫(kù)的兩個(gè)查看命令

1.查看依賴(lài)庫(kù)命令ldd

• 使用ldd命令可以查看一個(gè)可執(zhí)行程序依賴(lài)哪些庫(kù)。

• 這個(gè)命令非常有用，實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)一直各種庫(kù)，而有些程序的執(zhí)行需要依賴(lài)好幾種庫(kù)，各種庫(kù)的版本又很多歷史版本，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)庫(kù)不兼容的情況，我們需要根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)慕档桶姹净蛘呱?jí)版本。

• 例如：

• 可以看到線(xiàn)程庫(kù)libpthread-2.23.so依賴(lài)于libc庫(kù)和ld-linux庫(kù)。

1. nm

• nm工具可以打印出庫(kù)中的涉及到的所有符號(hào),下面是我們查看我們創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)庫(kù)libadd.a：

五、庫(kù)的安裝

• 在新安裝一個(gè)庫(kù)之后如何讓系統(tǒng)能夠找到他，有以下幾種方法：

1. 拷貝到/lib或者/usr/lib下

• 如果安裝在/lib或者/usr/lib下，那么ld默認(rèn)能夠找到，無(wú)需其他操作。 如果安裝在其他目錄，需要將其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步驟如下

2.通過(guò)配置文件/etc/profile

• 永久生效的環(huán)境變量設(shè)置，編輯/etc/profile即可。

• 在文件里末尾加上對(duì)應(yīng)的環(huán)境變量信息。

• 動(dòng)態(tài)庫(kù)環(huán)境變量設(shè)置：

• /home/peng/mylib/指的是動(dòng)態(tài)庫(kù)文件夾所在位置。即，.so等文件在/home/peng/mylib/下。

• 編輯完成，保存編輯并退出; 使配置即時(shí)生效：

3./etc/ld.so.conf

• 編輯/etc/ld.so.conf文件，加入庫(kù)文件所在目錄的路徑

在里面添加動(dòng)態(tài)庫(kù)所在路徑即可，例如

• 運(yùn)行l(wèi)dconfig，該命令會(huì)重建/etc/ld.so.cache文件

六、常見(jiàn)庫(kù)的移植

1.jpeg庫(kù),用于jpeg圖像處理

下載地址： http://www.ijg.org/files/

• 解壓

生成Makefile

編譯， 安裝

注意這個(gè)庫(kù)的安裝程序有BUG,不會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建發(fā)布的lib,include,man等,因此要手工創(chuàng)建,要不先把其它庫(kù)做好,再安裝這個(gè)庫(kù)