关于动态链接库的分析
Posted YangZheng
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了关于动态链接库的分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
作者 | YangZheng |
联系 | 263693992@qq.com |
在linux系统中动态链接库文件用.so后缀标记，一般命名规则为libxxx.so。
1 链接产生动态库.so与编译源码产生的二进制文件.o的关系
现在有工程，源文件包括：
main1.cpp myAPI.cpp myAPI.h |
其中myAPI.cpp，myAPI.h定义了两个函数ADD(), MINUS()；
main1.cpp中则调用ADD(), MINUS()
<实验1>
1) 编译产生myHandler.o
g++ -fPIC -c -o myAPI.o myAPI.cpp |
2) 用myAPI.o文件编译链接产生main1
g++ main1.cpp myAPI.o -o main1 |
3) 编译、链接、运行成功，然后用ldd main1查看可执行文件的依赖：
linux-vdso.so.1 => (0x00007fffed77c000) libstdc++.so.6 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6 (0x00007f21fc26b000) libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f21fbea1000) libm.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6 (0x00007f21fbb98000) /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f21fc5ed000) libgcc_s.so.1 => /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1 (0x00007f21fb982000) |
4) 删除myAPI.o，再运行./main1。
结果程序正常运行。
分析：这说明，main文件中包含有myAPI.o、myHandler.o中的所有可执行代码，除了因为main.cpp中包含了<iostream>库所以需要在运行时动态加载一些.so文件外，没有依赖任何其他库文件。
<实验2>
1)编译产生myHandler.o
g++ -fPIC -c -o myAPI.o myAPI.cpp |
2)用myAPI.o文件打包产生libmyAPI.so
g++ -shared myAPI.o -o libmyAPI.so |
3)用libmyAPI.so和main1.cpp编译链接产生main2
g++ -o main2 main1.cpp -L. -lmyAPI |
3)编译、链接、运行成功，然后用ldd main2查看可执行文件的依赖：
linux-vdso.so.1 => (0x00007fffed77c000) libmyAPI.so (0x00007fe029706000) libstdc++.so.6 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6 (0x00007f21fc26b000) libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f21fbea1000) libm.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6 (0x00007f21fbb98000) /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f21fc5ed000) libgcc_s.so.1 => /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1 (0x00007f21fb982000) |
4)删除myAPI.o，再运行./main2，程序正常运行
5)删除myAPI.so，再运行./main2，程序运行失败
./main2: error while loading shared libraries: libmyAPI.so: cannot open shared object file: No such file or directory |
分析：
在4)删除myAPI.o后程序运行成功，说明./main2的运行与myAPI.o无关。在4)删除myAPI.so后执行程序提示加载动态库失败，恢复myAPI.so后随机成功运行，直接说明main2依赖myAPI.so文件。原因是main2中缺少某部分执行代码，这部分代码包含在libmyAPI.so中，而main2记录这部分代码的来源，所以当使用ldd main2查看其依赖列表时有libmyAPI.so。
根据<实验1>及<实验2>，可以得出结论，.so文件中完全包含了.o中多有可执行代码。另外.o文件不是可执行文件，而.so是可执行文件。.so文件允许程序一开始不加载他所包含的代码，当需要运行它包含的代码时，才根据文件中的路径动态家去加载它的代码。
注：
在编译链接main2时，遇到一个有意思的小麻烦：
能够成功编译链接的指令为：g++ -o main2 main1.cpp -L. –lmyAPI
但如果交换源文件和动态链接库的顺序：g++ -o main2 -L. -lmyAPI main1.cpp
g++会报错：
/tmp/ccvwLNKz.o：在函数\'main\'中： main1.cpp:(.text+0x14)：对\'ADD(int, int)\'未定义的引用 main1.cpp:(.text+0x4b)：对\'MINUS(int, int)\'未定义的引用 collect2: error: ld returned 1 exit status |
原因不明，这可能与g++组织组织文件依赖关，总之记住以后让源文件在前，依赖在后。
2 .so文件的路径问题
现在有工程，源文件包括：
main1.cpp myAPI.cpp myAPI.h |
其中myAPI.cpp，myAPI.h定义了两个函数ADD(), MINUS()；
main1.cpp中则调用ADD(), MINUS()
<实验3>
1)首先产生libmyAPI.so，这一次将动态库放入./libs目录下
2)编译链接产生main3
g++ -o main3 main1.cpp -L. -L./libs -lmyAPI |
3)成功产生目标，然而运行时，系统报错：
./main3: error while loading shared libraries: libmyAPI.so: cannot open shared object file: No such file or directory |
4)ldd main3查看依赖列表
... libmyAPI.so => not found ...#其他都正常，省略 |
发现main3的依赖列表中缺省libmyAPI.so的路径，恩？？？步骤2)中明明给定了libmyAPI.so的找寻路径-L./libs，为什么依赖列表中会没有？更奇怪的是当我们将libmyAPI.so拷贝到main3所在的目录下时，又运行成功，这又是怎么回事？
分析：
首先排除g++在链接时不会去验证libmyAPI.so是否真实存在这种猜想，因为如果libmyAPI.so不存在，2)中的编译指令不会通过，直接提示缺少库文件。
实际上，原因在于连接器ld的工作模式，注意到2)中指定动态库的参数-lmyAPI而不是直接给其名称。在执行这条编译指令时，链接器ld（此处有疑问：在执行g++指令时，到时会不会是用ld指令？）会自动将-lmyAPI扩展为libmyAPI.so然后根据参数中的库文件查找路径-L.、-L./libs去寻找libmyAPI.so，可能编译器会验证下libmyAPI.so是否包含目标的依赖（包括直接依赖和间接依赖），如果包含则将参数指定的路径写入依赖表，不包含的直接忽略（此处有疑问，也可能连基本的验证一下libmyAPI.so是否包含源文件中依赖的代码都不会做，但从<实验5>结果看更有可能会验证），当遇到依赖文件不能完全满足编译目标的需求时，编译器不会报错，只有在需要链接时才会报错。又因为编译时依赖的对象是动态库，不会将libmyAPI.so中的代码全部打包到main3中，简单记录libmyAPI.so文件的路径，以便以后运行时动态去加载。然而，执行编译指令时，用户指定的查找路径-L.、-L./libs，应该只是用来验证，不会将这个查询路径连同文件名一起填写到main3的依赖列表中，此时只会填写为libmyAPI.so，要想加上路径，用户必须在编译参数中写上动态库的全称（当然也可以是绝对路径，但是这样做不利于程序移植）如：
g++ -o main3 main1.cpp ./libs/libmyAPI.so |
此时再去查看main3的依赖列表：
... ./libs/libmyAPI.so (0x00007f07463ce000) ... |
在真正运行main3时，ld会首先查找其配置目录/etc/ld.so.conf.d/下的若*.conf文件（可以是到某个.conf文件的链接），文件中配置了ld的默认查询路径，若默认路径下目录下有无libmyAPI.so文件，再直接查询依赖列表中的路径是否有效。
3 .so文件间依赖的问题
现在有工程，源文件包括：
main2.cpp myAPI.cpp myAPI.h myHandler.cpp myHandler.h |
其中myAPI.cpp，myAPI.h定义了两个函数ADD(), MINUS()；
myHandler.cpp,，myHandler.h中也定义了两个函数mutil_ADD(), mutil_MINUS()，而两个函数分别调用了ADD(), MINUS()函数；
main.cpp中则调用mutil_ADD(), mutil_MINUS()
<实验4>
1)链接产生.so文件
g++ myAPI.o -shared -o libs/libmyAPI.so g++ myHandler.o -shared -o libs/libmyHandler.so |
2)用.so文件编译链接产生main4
g++ main2.cpp libs/libmyAPI.so libs/libmyHandler.so -o main4 |
结果链接失败：
./libs/libmyHandler.so：对\'ADD(int, int)\'未定义的引用 ./libs/libmyHandler.so：对\'MINUS(int, int)\'未定义的引用 collect2: error: ld returned 1 exit status |
3)产看libmyHandler.so的依赖列表ldd ./libs/libmyHandler.so
statically linked |
表明，libmyHandler.so中没有依赖任何动态库。
然而，myHandler.cpp中不是调用了myAPI.cpp定义的函数么，为什么编译指令
g++ myHandler.o -shared -o libs/libmyHandler.so可以通过编译呢？
原因是这种情况下，编译器最多验证下指定的依赖文件（包括.so或.a）是否存在，不会进一步验证依赖文件是否覆盖源文件的需求，只有当需要连接时才会验证依赖是否有效。
分析：
由于myHandler.cpp文件使用了myAPI.cpp中定义的函数，然而在编译链接libmyHandler.so时既没有声明需要链接myAPI.o文件也没有链接libmyAPI.so，所以现在的libmyHandler.so中的ADD()，MINUS()属于未定义的引用。
<实验5>
1)链接产生.so文件
g++ -fPIC -c -o libs/myAPI.o myAPI.cpp g++ -fPIC -c -o libs/myHandler.o myHandler.cpp
g++ libs/myAPI.o -shared -o libs/libmyAPI.so g++ libs/myHandler.o libs/libmyAPI.so -shared -o libs/libmyHandler.so |
2)用.so文件编译链接产生main5
g++ main2.cpp libs/libmyAPI.so libs/libmyHandler.so -o main5 # g++ main2.cpp libs/libmyHandler.so -o main5 |
3)编译、运行成功，产看main5依赖表
... libs/libmyHandler.so (0x00007f1c5030e000) libs/libmyAPI.so (0x00007f1aea515000) ... |
？？？为啥2) 中明明声明了libs/libmyAPI.so，libs/libmyHandler.so两个依赖，为啥依赖列表中只有libs/libmyHandler.so
可能编译器会验证下libmyAPI.so是否包含目标的依赖（包括直接依赖和间接依赖），如果包含则将参数指定的路径写入依赖表，不包含的直接忽略。
4)产看ldd libs/libmyHandler.so 依赖表
... libs/libmyAPI.so (0x00007f69ac934000) ... |
此时的依赖层次图：
4 同库新旧版同引用问题
考虑一种特殊情况，要在同一个程序中链接同一个库的新旧两个版本。
<实验6>
目录结构如下：
libs2/ myAPI.cpp myAPI.h libs1/ myAPI.cpp myAPI.h myHandler1.cpp myHandler1.h myHandler2.cpp myHandler2.h main4.cpp |
其中libs2/myAPI.cpp与libs1/myAPI.cpp中都定义有命名为的ADD()和MINUS()函数（参数列表，返回值，函数名均相同，区别是函数打印的信息不同），而myHandler2.cpp和myHandler1.cpp则分别调用llibs2/myAPI.cpp与libs1/myAPI.cpp中的同名函数。main4.cpp中又调用myHandler.cpp和myHandler1.cpp中定义的函数。
Makefile如下：
step4: g++ -fPIC -c -o libs2/myAPI.o libs2/myAPI.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myAPI.o libs1/myAPI.cpp
g++ -fPIC -c -o libs2/myHandler2.o myHandler2.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myHandler1.o myHandler1.cpp
g++ libs2/myAPI.o -shared -o libs2/libmyAPI.so g++ libs1/myAPI.o -shared -o libs1/libmyAPI.so
g++ libs2/myHandler2.o libs2/libmyAPI.so -shared -o libs2/libmyHandler2.so g++ libs1/myHandler1.o libs1/libmyAPI.so -shared -o libs1/libmyHandler1.so
g++ main4.cpp libs1/libmyHandler1.so libs/libmyHandler.so -o main6 |
理论上依赖关系应该如下图：
ldd main6查看main6关系列表：
... libs1/libmyHandler1.so (0x00007f61c7837000) libs2/libmyHandler2.so (0x00007f61c7635000) libs1/libmyAPI.so (0x00007f61c6ce7000) libs2/libmyAPI.so (0x00007f61c6ae5000) ... |
哇塞，貌似很科学的样子。然后运行发现，完全不正确：
libs1: ADD #正确的话应该打印libs2: ADD libs1: ADD #正确的话应该打印libs2: ADD mutil_ADD2(1,2,3) = 6 libs1: MINUS #正确的话应该打印libs2: MINUS libs1: MINUS #正确的话应该打印libs2: MINUS mutil_MINUS2(1,2,3) = -4 libs1: ADD libs1: ADD mutil_ADD1(1,2,3) = 6 libs1: MINUS libs1: MINUS mutil_MINUS1(1,2,3) = -4 |
当注释掉main4.cpp调用myHandler1.cpp的代码后，编译运行：
libs2: ADD libs2: ADD mutil_ADD2(1,2,3) = 6 libs2: MINUS libs2: MINUS mutil_MINUS2(1,2,3) = -4 |
结果完全正确！！！
接着，注释掉调用myHandler2.cpp的代码后，编译运行，
libs1: ADD libs1: ADD mutil_ADD1(1,2,3) = 6 libs1: MINUS libs1: MINUS mutil_MINUS1(1,2,3) = -4 |
结果还是完全正确！！！
为啥，单独编译就能得到正确结果，一起调用就不行呢？？？
猜测可能和libs1/libmyAPI.so，libs2/libmyAPI.so文件名重复有关，接下来再进行第2种情况的实验7。
<实验7>
不修改任何代码，仅修改Makefile
step4: g++ -fPIC -c -o libs2/myAPI.o libs2/myAPI.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myAPI.o libs1/myAPI.cpp
g++ -fPIC -c -o libs2/myHandler2.o myHandler2.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myHandler1.o myHandler1.cpp
g++ libs2/myAPI.o -shared -o libs2/libmyAPI2.so g++ libs1/myAPI.o -shared -o libs1/libmyAPI1.so
g++ libs2/myHandler2.o libs2/libmyAPI2.so -shared -o libs2/libmyHandler2.so g++ libs1/myHandler1.o libs1/libmyAPI1.so -shared -o libs1/libmyHandler1.so
g++ main4.cpp libs1/libmyHandler1.so libs2/libmyHandler2.so -o main6 |
编译时让.so文件名不同，ldd main6查看main6关系列表：
... libs1/libmyHandler1.so (0x00007f61c7837000) libs2/libmyHandler2.so (0x00007f61c7635000) libs1/libmyAPI1.so (0x00007f61c6ce7000) libs2/libmyAPI2.so (0x00007f61c6ae5000) ... |
依然很有道理的样子，然后编译，运行
libs1: ADD libs1: ADD mutil_ADD2(1,2,3) = 6 libs1: MINUS libs1: MINUS mutil_MINUS2(1,2,3) = -4 libs1: ADD libs1: ADD mutil_ADD1(1,2,3) = 6 libs1: MINUS libs1: MINUS mutil_MINUS1(1,2,3) = -4 |
结果还是不对！！！
修改.so文件名行不通，那么修改.cpp和.h文件名呢？于是有情况3，实验8。
<实验8>
目录结构如下：
libs2/ myAPI.cpp myAPI.h libs1/ myAPI1.cpp myAPI1.h myHandler1_1.cpp myHandler1_1.h myHandler2.cpp myHandler2.h main5.cpp |
其中libs2/myAPI.cpp与libs1/myAPI1.cpp中都定义有命名为的ADD()和MINUS()函数（参数列表，返回值，函数名均相同，区别是函数打印的信息不同），而myHandler2.cpp和myHandler1_1.cpp则分别调用llibs2/myAPI.cpp与libs1/myAPI1.cpp中的同名函数。main4.cpp中又调用myHandler.cpp和myHandler1_1.cpp中定义的函数。
Makefile：
step4: g++ -fPIC -c -o libs2/myAPI.o libs2/myAPI.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myAPI1.o libs1/myAPI1.cpp
g++ -fPIC -c -o libs2/myHandler2.o myHandler2.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myHandler1_1.o myHandler1_1.cpp
g++ libs2/myAPI.o -shared -o libs2/libmyAPI2.so g++ libs1/myAPI1.o -shared -o libs1/libmyAPI1.so
g++ libs2/myHandler2.o libs2/libmyAPI2.so -shared -o libs2/libmyHandler2.so g++ libs1/myHandler1_1.o libs1/libmyAPI1.so -shared -o libs1/libmyHandler1_1.so
g++ main5.cpp libs1/libmyHandler1_1.so libs2/libmyHandler2.so -o main7.out |
编译，运行，结果还是不对，好吧，看来问题就是，函数重名！！！
<实验9>
最后，修改Makefile，企图将所有代码均打包给main6
step4: g++ -fPIC -c -o libs2/myAPI.o libs2/myAPI.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myAPI1.o libs1/myAPI1.cpp g++ -fPIC -c -o libs2/myHandler2.o myHandler2.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myHandler1_1.o myHandler1_1.cpp
g++ main4.cpp libs2/myAPI.o libs1/myAPI1.o libs2/myHandler2.o libs1/myHandler1_1.o -o main7.out |
结果，编译报错：
g++ -fPIC -c -o libs2/myAPI.o libs2/myAPI.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myAPI1.o libs1/myAPI1.cpp g++ -fPIC -c -o libs2/myHandler2.o myHandler2.cpp g++ -fPIC -c -o libs1/myHandler1_1.o myHandler1_1.cpp g++ main4.cpp libs2/myAPI.o libs1/myAPI1.o libs2/myHandler2.o libs1/myHandler1_1.o -o main7 libs1/myAPI1.o：在函数\'ADD(int, int)\'中： myAPI1.cpp:(.text+0x0): `ADD(int, int)\'被多次定义 libs2/myAPI.o:myAPI.cpp:(.text+0x0)：第一次在此定义 libs1/myAPI1.o：在函数\'MINUS(int, int)\'中： myAPI1.cpp:(.text+0x43): `MINUS(int, int)\'被多次定义 libs2/myAPI.o:myAPI.cpp:(.text+0x43)：第一次在此定义 collect2: error: ld returned 1 exit status Makefile:2: recipe for target \'step4\' failed make: *** [step4] Error 1 |
以上是关于关于动态链接库的分析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章