(转)关于Unix静态库和动态库的分析

关于Unix静态库和动态库的分析

基本概念

库有动态与静态两种，动态通常用.so为后缀，静态用.a为后缀。 例如：libhello.so libhello.a

为了在同一系统中使用不同版本的库，可以在库文件名后加上版本号为后缀,例如： libhello.so.1.0,由于程序连接默认以.so为文件后缀名。所以为了使用这些库，通常使用建立符号连接的方式。

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

1、使用库

当要使用静态的程序库时，连接器会找出程序所需的函数，然后将它们拷贝到执行文件，由于这种拷贝是完整的，所以一旦连接成功，静态程序库也就不再需要了。 然而，对动态库而言，就不是这样。动态库会在执行程序内留下一个标记指明当程序执行时，首先必须载入这个库。由于动态库节省空间，linux下进行连接的 缺省操作是首先连接动态库，也就是说，如果同时存在静态和动态库，不特别指定的话，将与动态库相连接。

现在假设有一个叫hello的程序开发包，它提供一个静态库libhello.a 一个动态库libhello.so,一个头文件hello.h,头文件中提供sayhello()这个函数

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

另外还有一些说明文档。

这一个典型的程序开发包结构 与动态库连接 linux默认的就是与动态库连接，下面这段程序testlib.c使用hello库中的sayhello()函数

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

使用如下命令进行编译

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

用如下命令连接：

$gcc testlib.o -lhello -o testlib

连接时要注意，假设libhello.so 和libhello.a都在缺省的库搜索路径下/usr/lib下，如果在其它位置要加上-L参数。与静态库连接麻烦一些，主要是参数问题。还是上面的例 子：

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

注：这个特别的”-WI,-Bstatic”参数，实际上是传给了连接器ld. 指示它与静态库连接，如果系统中只有静态库当然就不需要这个参数了。如果要和多个库相连接，而每个库的连接方式不一样，比如上面的程序既要和 libhello进行静态连接，又要和libbye进行动态连接，其命令应为：

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

2、动态库的路径问题

为了让执行程序顺利找到动态库，有三种方法：

1. 把库拷贝到/usr/lib和/lib目录下。
2. 在LD_LIBRARY_PATH环境变量中加上库所在路径。例如动态库 libhello.so在/home/ting/lib目录下，以bash为例，使用命令： $export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/ting/lib
3. 修改/etc/ld.so.conf文件，把库所在的路径加到文件末尾，并执行ldconfig刷新。这样，加入的目录下的所有库文件都可见。

3、查看库中的符号

有时候可能需要查看一个库中到底有哪些函数，nm工具可以打印出库中的涉及到的所有符号。库既可以是静态的也可以是动态的。nm列出的符号有很多， 常见的有三种，一种是在库中被调用，但并没有在库中定义(表明需要其他库支持)，用U表示；一种是库中定义的函数，用T表示，这是最常见的；另外一种是所 谓的“弱态”符号，它们虽然在库中被定义，但是可能被其他库中的同名符号覆盖，用W表示。例如，假设开发者希望知道上文提到的hello库中是否引用了 printf():

$nm libhello.so | grep printf U

其中printf U表示符号printf被引用，但是并没有在函数内定义，由此可以推断，要正常使用hello库，必须有其它库支持，再使用ldd工具查看hello依赖于哪些库：

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

从上面的结果可以继续查看printf最终在哪里被定义，有兴趣可以go on

4、生成库

第一步要把源代码编绎成目标代码。以下面的代码为例，生成上面用到的hello库：

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

用gcc编绎该文件，在编绎时可以使用任何合法的编绎参数，例如-g加入调试代码等：

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

1.连接成静态库 连接成静态库使用ar工具，其实ar是archive的意思

$ar cqs libhello.a hello.o

2.连接成动态库 生成动态库用gcc来完成，由于可能存在多个版本，因此通常指定版本号：

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

另外再建立两个符号连接：

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

这样一个libhello的动态连接库就生成了。最重要的是传gcc -shared 参数使其生成是动态库而不是普通执行程序。 -Wl 表示后面的参数也就是-soname,libhello.so.1直接传给连接器ld进行处理。实际上，每一个库都有一个soname，当连接器发现它正 在查找的程序库中有这样一个名称，连接器便会将soname嵌入连结中的二进制文件内，而不是它正在运行的实际文件名，在程序执行期间，程序会查找拥有 soname名字的文件，而不是库的文件名，换句话说，soname是库的区分标志。这样做的目的主要是允许系统中多个版本的库文件共存，习惯上在命名库 文件的时候通常与soname相同 libxxxx.so.major.minor 其中，xxxx是库的名字，major是主版本号，minor 是次版本号

总结

通过对LINUX库工作的分析，我们已经可以理解程序运行时如何去别的地方寻找“库”。

附上针对这个工程的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 $@

附上文件的目录结构：

|– 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

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说来也巧了，今天刚好在twitter上看到某大牛的推：

Linux下动态链接库的查找顺序：①DT_RPATH、②LD_LIBRARY_PATH环境变量、③/etc/ld.so.conf文件及/etc/ld.so.cond.d/目录内的*.conf文件、④默认路径/usr/lib