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一#xff0c;关于动静态库
1.1 什么是库#xff1f;
1.2 认识动静态库
1.3 动静态库特征
二#xff0c;静态库
2.1 制作静态库
2.2 使用静态库
三#xff0c;动态库
3.1 制作动态库
3.2 使用动态库一些问题
3.3 正确使用动态库三种方法
3.3.1 方法一关于动静态库
1.1 什么是库
1.2 认识动静态库
1.3 动静态库特征
二静态库
2.1 制作静态库
2.2 使用静态库
三动态库
3.1 制作动态库
3.2 使用动态库一些问题
3.3 正确使用动态库三种方法
3.3.1 方法一添加系统环境变量
3.3.2 方法二改配置文件
3.3.3 方法三软链接方案
五一些问题解答
5.1 为什么gcc编译的时候没有指明过库名也能编译
5.2 为什么要有库
5.3 进程是如何访问到库中的所有函数的 一关于动静态库
1.1 什么是库
一个可执行程序由一堆源文件和一堆头文件经过预处理编译汇编链接四个步骤后得来。
我们先写几个简单的头文件和源文件如下代码
mymath.h
#pragma onceextern int Add(int x, int y);mymath.c
#include mymath.hint Add(int a, int b)
{return a b;
}myprint.h
#pragma once extern void Printf(int x, int y);myprint.c
#include stdio.h
#include myprint.hvoid Printf(int a, int b)
{printf(hello %d\n, Add(a, b));
}main.c
int main()
{Printf(10, 20);return 0;
}gcc mymain.c mymath.c myprint.c -o my.exe① 一般来说程序都是先通过汇编之后形成.o文件然后就将所有的.o文件进行链接最终形成可执行程序。那么如果我把我的.h和.o给别人别人能用吗
②当然是可以的在Linux操作系统下只需要cp *.o /home/user/ 把.o和.h拷贝到其它用户目录下其它用户目录就可以使用了。
③但是一些稍微大一点的项目.o文件会非常非常多所以我们得把所有的.o文件打个包这个打包的过程就叫做形成库的过程这个打好的包就叫做库。
④我们目前见到的库绝大多数其实都是一堆目标文件.o的集合库的文件中并不包含主函数但是提供了大量的方法以供调用。
1.2 认识动静态库
我们先通过一个最简单的代码来认识库
#includestdio.h
int main()
{printf(hello world\n);return 0;
}我们gcc编译后生成test可执行程序运行后成功在屏幕上打印hello world。
我们用ldd test来查看一个可执行程序所依赖的库文件如下图 在Linux中.so为后缀的是动态库.a为后缀的是静态库在Windows中.dll为后缀的是动态库.lib为后缀的是静态库 gcc/g默认是动态链接的但是我们也可以强制让它变成静态链接在后面携带一个-static选项即可如下图 我们也可以用file查看文件的详细属性 1.3 动静态库特征
静态库
静态库是程序在遍历链接时把库的代码原封不动地全部拷贝到源文件中一起编译 优点使用静态库生成地可执行程序可以直接独立运行不再需要动态库 缺点使用静态库生成地可执行程序空间会大很多就拿上面的图来看test-s的大小是test的一百多倍。而且这只是包含了一个头文件当有多个静态程序同时加载相同的库那么内存会存在大量的重复代码 动态库
动态库是在程序运行时才会去链接相应的动态库代码的多个程序共享使用库的代码。
一个与动态库链接的可执行文件只包含了它用到的函数入口地址的一个表而不是外部函数所在文件的所有数据。在可执行文件运行前调用的函数所在的库由操作系统从磁盘上先搞到物理内存中这个过程称为动态链接。然后动态库在多个程序间共享节省了内存和磁盘的空间具体步骤如下图 首先动态库是一个独立的文件可执行程序也是一个独立的文件所以动态库和可执行程序是可以分批加载的地址空间最下面的代码区中间一大块是堆栈而且堆栈相对而生但是堆栈中间有一大块镂空区域我们叫做共享区a.out先加载到内存里面如果在执行时需要访问库代码这个时候操作系统就把位于磁盘上的动态库的某一个方法加载到物理内存里然后通过页表建立映射关系把该方法的虚拟地址放进进程的共享区中然后进程就可以从代码区转到共享区执行完方法再把结果拿回代码区减少了额外拷贝只需要改下虚拟地址即可这样一个进程动态链接后物理内存中的该方法就可以继续为其它的调用这个方法的进程服务这也就是为什么我们两次运行一个程序第二次运行比第一次快很多因为第一次加载的数据第二次就不需要加载了可以直接用 优点能节省磁盘和内存空间并且多个用到相同动态库的程序同时运行时库文件会通过进程地址空间进行共享内存中不会存在重复代码 缺点 必须依赖动态库并且动态库的使用比静态库复杂很多下面的内容会有体会 二静态库
2.1 制作静态库
就上面的mymath.h和myprintf.h而言我们可以把它俩打个包如下图 ar命令是gnu的归档工具常用于将目标文件打包为静态库下面是一些常用选项
-rreplace若静态库文件当中的目标文件有更新则用新的目标文件替换旧的-ccreate建立静态库文件-t列出静态库中的文件-vverbose显示库的详细信息
一个稍微大的项目都有至少5各源文件我们一个一个打太慢了所以我们可以用makefile使其自动化
libmyhello.a:mymath.o myprint.oar -rc libmyhello.a mymath.o myprint.o
mymath.o:mymath.cgcc -c mymath.c -o mymath.o
myprint.o: myprint.cgcc -c myprint.c -o myprint.o.PHONY:hello
hello:mkdir -p hello/libmkdir -p hello/includecp -rf *.h hello/includecp -rf *.a hello/lib.PHONY:clean
clean:rm -rf *.o libmyhello.a hello2.2 使用静态库
经过上面的步骤后我们形成了静态库hello目录的include包含我所有的.h文件lib包含.a文件。 我们可以先把main.c和hello之外的文件全干掉 方法一
gcc的头文件默认搜索路径是/usr/include 库文件的默认搜索路径是/lib64 或者 /usr/lib64
我们可以把我们的文件拷贝到这两个目录下
sudo cp -rf hello/include/* /usr/include/
sudo cp -rf hello/lib/libmyhello.a /lib64
添加了之后会发现还是编译不过因为我们自己实现的库还是第三方库不是系统库也不是C标准库所以我们需要这样
gcc main.c -o main -lmyhello -l 表示要链接库然后我们之前的.a文件去掉前面的lib和后面的.a剩下的就是库名 方法二 但是我们非常不见直接把我们现在写的库文件安装到系统目录下因为我们目前写的库文件还没有经过可靠性验证建议测试完成后直接删掉
sudo rm /usr/include/myprint.h
sudo rm /usr/include/mymath.h
sudo rm /lib64/libmyhello.a所以我们目前我们要使用我们自己做的静态库就需要这样
gcc main.c -I ./hello/include/ -L ./hello/lib/ -lhello -I指定头文件搜素路径因为编译器不知道你所包含的头文件在哪里所以需要指定头文件搜索路径-L指定库文件搜索路径头文件中只有Add函数和Printf函数的声明并没有实现所以需要指定链接库文件的搜素路径-l指明需要链接库文件路径下的哪一个库在库文件的lib目录下可能会有大量的库文件因此我么你需要指明链接库文件路径下的哪一个库
三动态库
3.1 制作动态库
动态库大致和静态库一样但是又些区别。
动态库是以lib开头以.so结尾的文件我们还是以这几个文件为例 然后就是制作动态库如下图 我们先生成.o目标文件对应-fPIC有下面几个要注意的点 -fPIC作用于编译阶段其目的是告诉编译器产生与位置无关的代码这时产生的代码中没有绝对地址全都是相对路径使代码可以被加载器加载到内存的任意位置都可以指向。这也是动态库的特点它在内存中的位置不是固定的如果不加-fPIC选项则加载.so文件时其里面的代码端引用的数据对象需要重定位而重定位会蟹盖代码内容这就导致每个使用这个.so的进程都会发生写时拷贝因为每个进程的.so文件代码段和数据段在内存的映射位置不一样 然后我们可以不用ar命令来生成动态库只需要在gcc命令加上-shared选项即可。 当然我们也一般用makefile来搞这个如下
.PHONY:all
add:libhello.so libhello.alibhello.so:mymath_d.o myprint_d.ogcc -shared mymath_d.o myprint_d.o -o libhello.so
mymath_d.o:mymath.cgcc -c -fPIC mymath.c -o mymath_d.o
myprint_d.o:myprint.cgcc -c -fPIC myprint.c -o myprint_d.olibhello.a:mymath.o myprint.oar -rc libhello.a mymath.o myprint.o
mymath.o:mymath.cgcc -c mymath.c -o mymath.o
myprint.o: myprint.cgcc -c myprint.c -o myprint.o.PHONY:output
output:mkdir -p output/libmkdir -p output/includecp -rf *.h output/includecp -rf *.a output/libcp -rf *.so output/lib.PHONY:clean
clean:rm -rf *.o *.a *.so output先make生成.so文件在make output生成目录
3.2 使用动态库一些问题
和静态库一样我们只保留output目录和main.c 然后我们也可以用-I-L和-l三个选项来生成可执行文件如下图 为什么呢我们ldd a.out可以发现gcc默认使用 /lib64目录下的动态库而不是我们output目录里的那个 当我们把.so搞到当前目录下发现又能用了。如下图 如果我们只有静态库gcc只能针对该库进行静态链接如果我强转使用静态库只能gcc main.c -I output/include -L output/lib -lhello -static 摈弃默认优先使用动态库的原则而是直接使用静态库的方案。如果动静态库都存在gcc默认用动态库 问题一那为什么动态库运行报错了呢 根据1.2 的动态库原理可知我们的程序和库是分批加载的加载程序的时候动态库未加载所以会报错 问题二gcc编译的时候我不是已经告诉你库的位置了吗? 这里的“你”指的是gcc你只是告诉了gcc库的位置没有告诉可执行程序所以你需要告诉你的加载器的位置 3.3 正确使用动态库三种方法
3.3.1 方法一添加系统环境变量
与动态库有关的环境变量名为LD_LIBRARY_PATH其中LD是加载的意思LIBRARY就是库的意思。
我们可以先查找我们库的路径然后添加到该环境变量中如下图 但是该环境变量有缺点就是当shell关闭后环境变量就重置了
3.3.2 方法二改配置文件
系统中存在一个默认的动态库搜搜路径ls /etc/ld.so.conf.d/。我们只需要在这个路径下也创建一个.conf后缀的文件然后把我们的库文件的路径vim写到里面就可以了如下图 建议测试完就rm掉因为不建议改配置文件
sudo rm /etc/ld.so.conf.d/mylibrary.conf
3.3.3 方法三软链接方案
我们ldd a.out发现它默认使用的是动态库且动态库路径为 /lib64/libhello.so但是它找不到这个嘛那么我们就用一个软链接将它那个.so和我们这个.so链接起来就好了如下图
sudo ln -s /home/dyk/testdir/output/lib/libhello.so /lib64/libhello.so 其实也可以直接把我们的libhello.so拷贝到这个目录下也能正常运算a.out
五一些问题解答
5.1 为什么gcc编译的时候没有指明过库名也能编译
gcc就是用来编译C与语言的gcc编译时默认就是找到C标准库但是我们要链接的是哪一个库编译器是不知道的所有需要使用 -l 选项指明链接库文件路径下的具体的库名
5.2 为什么要有库
站在使用库的人的角度来看库的存在能大大减少开发的周期大步幅提高软件本身的质量
站在编写库的人得角度它得任务就是编写库只需要关系库得实现不关心库得使用能使减少编写库得人的工作量也能提高库的质量
5.3 进程是如何访问到库中的所有函数的
每一个动态库被加载到内存映射到进程的地址空间映射的位置可能是不一样的但是因为库里面是相对地址每一个函数定位采用的是偏移量的方式。
换句话说只要知道了这个库的相对地址库的起始地址就可以通过库的起始地址和虚拟地址 函数偏移量就可以在自己的地址空间中访问库的所有函数了
