静态库(.a)与动态库(.so)的简明介绍

Posted 2021-01-04 racaljk

静态库(.a)与动态库(.so)的简明介绍

gcc有很多关于静态库，动态库的选项如-l,-L,-fPIC,-shared -Wl,-soname，看着很复杂容易混淆，其实静态库和动态库都是应需而生，只要有了一个线索都很容易理解。

普通编译

假设有三个文件(后面均使用这个例子)：

// mod1.c

#include <stdio.h>

void print_mod1(){
    printf("%s
",__func__);    
}

// mod2.c
#include <stdio.h>

void print_mod2(){
    printf("%s
",__func__);      
}
//main.c
int main(){
    print_mod1();
    print_mod2();
    return 0;
}

我们要想运行这个程序需要先编译mod1.c,mod2.c生成目标文件，然后目标文件与main.c结合完成编译：

$ gcc -c mod1.c mod2.c
$ gcc -o resultant main.c mod1.o mod2.o
$ ./resultant
print_mod1
print_mod2

使用静态库(-lname -Lpath)

如果mod再多一点就会出现体力劳动：

$ gcc -o resultant mod1.o mod2.o mod3.o mod4.o mod5.o ... mod1024.o

于是就引入了静态库的概念。静态库又叫归档文件，在linux下是*.a后缀的文件，本质上就是目标文件(*.o)的一个集合。

• 使用ar -r命令可以将*.o打包为一个静态库

$ ar r libmod.a mod1.o mod2.o

• 使用ar tv libmod.a查看归档里面有哪些目标文件：

$ ar tv libmod.a
rw-r--r-- 0/0   1544 Dec 31 16:00 1969 mod1.o
rw-r--r-- 0/0   1544 Dec 31 16:00 1969 mod2.o

• 使用ar d libmod.a mod2.o删除一个不需要的目标文件

打包好后就可以用libmod.a代替一串目标文件了:

$ gcc -o resultant main.c libmod.a

最常用的链接静态库的方式是添加-lname选项。-lname会默认链接名为libname.a的静态库：

$ gcc -o resultant main.o -lmod
/usr/bin/ld: cannot find -lmod
collect2: error: ld returned 1 exit status

这里我们如果直接使用-lmod gcc会提示找不到libmod.a模块，因为gcc只会在标准路径如/usr/lib,/lib查找,解决方法一是把libmod.a放到标准路径，二是使用-Lpath选项。

$ gcc -o resultant main.c -L. -lmod
$ ./resultant
print_mod1
print_mod2

-Lpath把指定路径加入链接器搜索路径，这里我们把当前目录(.)加入，自然就能找到libmod.a了。

使用动态库(-fPIC -shared)

静态库优点是方便，缺点是每个程序都有一份目标文件的，很多程序会使用printf,如果每个程序都包含一份printf.o的实现，会非常浪费磁盘空间和宝贵内存页。还有如果要对静态库中某一个目标文件进行更新，那么应用程序就需要重新链接。
基于这些需求，动态库诞生了。

动态库需要位置独立的代码，所以不能使用前面的mod1.o,mod2.o，需要-fPIC选项重新编译：

$ gcc -c -fPIC mod1.c mod2.c

然后再组合成动态库：

$ gcc -shared -o libmod.so mod1.o mod2.o

最后使用这个动态库：

$ gcc -o resultant main.c libmod.so
$ ./resultant
./resultant: error while loading shared libraries: libmod.so: cannot open shared object file: No such file or directory

好了，不出所料，又出问题了。gcc提示加载动态库失败，找不到它。动态库的搜索顺序如下

1. 编译目标代码时指定的动态库搜索路径；
2. 环境变量LD_LIBRARY_PATH指定动态库搜索路径，它指定程序动态链接库文件搜索路径；export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:data/home/billchen/lib
3. 配置文件/etc/ld.so.conf中指定的动态库搜索路径；
4. 默认的动态库搜索路径/lib；
5. 默认的动态库搜索路径/usr/lib。

这里简单起见，我们直接将libmod.so移动到/lib：

$ sudo mv libmod.so /lib
$ ./resultant                      
print_mod1
print_mod2

动态库别名(-Wl,-soname,xx)

这里再说说-Wl,-soname，该选择告知链接器一个动态库的别名

$ gcc -shared -Wl,-soname,libalias.so -o libmod.so mod1.o mod2.o
$ gcc -o resultant main.c libmod.so

上面命令使用libalias.so作为libmod.so的别名，再次运行resultant会提示找不到libalias.so错误而不是libmod.so，-soname别名引入一个中间层，好处是程序运行时可以使用和编译时不一样的兼容库。