Linux中动静态库的制作

1.什么是库

库是写好的现有的，成熟的，可以复⽤的代码。现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库，不可能每个⼈的代码都从零开始，因此库的存在意义非同寻常。

本质上来说库是⼀种可执⾏代码的⼆进制形式，可以被操作系统载⼊内存执⾏。库有两种：

静态库： .a[Linux] .lib[windows]

动态库：.so[Linux] .dll[windows]

在Ubuntu中的C语言，C++动静态库如下：

// C
$ ls -l /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.31.so
-rwxr-xr-x 1 root root 2029592 May 1 02:20 /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.31.so
$ ls -l /lib/x86_64-linux-gnu/libc.a
-rw-r--r-- 1 root root 5747594 May 1 02:20 /lib/x86_64-linux-gnu/libc.a//C++
$ ls /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/libstdc++.so -l
lrwxrwxrwx 1 root root 40 Oct 24 2022 /usr/lib/gcc/x86_64-linuxgnu/9/libstdc++.so -> ../../../x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
$ ls /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/libstdc++.a
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/libstdc++.a

我准备了四份文件：my_stdio.c my_stdio.h my_string.c my_string.h为后面的章节做准备，源码如下：

// my_stdio.h
#pragma once#define SIZE 1024
#define FLUSH_NONE 0
#define FLUSH_LINE 1
#define FLUSH_FULL 2struct IO_FILE
{int flag; // 刷新⽅式int fileno; // ⽂件描述符char outbuffer[SIZE];int cap;int size;
};typedef struct IO_FILE mFILE;mFILE *mfopen(const char *filename, const char *mode);
int mfwrite(const void *ptr, int num, mFILE *stream);
void mfflush(mFILE *stream);
void mfclose(mFILE *stream);// my_stdio.c
#include "my_stdio.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>mFILE *mfopen(const char *filename, const char *mode)
{int fd = -1;if(strcmp(mode, "r") == 0){fd = open(filename, O_RDONLY);}else if(strcmp(mode, "w")== 0){fd = open(filename, O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC, 0666);}else if(strcmp(mode, "a") == 0){fd = open(filename, O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND, 0666);}if(fd < 0) return NULL;mFILE *mf = (mFILE*)malloc(sizeof(mFILE));if(!mf){close(fd);return NULL;}mf->fileno = fd;mf->flag = FLUSH_LINE;mf->size = 0;mf->cap = SIZE;return mf;
}void mfflush(mFILE *stream)
{if(stream->size > 0){// 写到内核⽂件的⽂件缓冲区中!write(stream->fileno, stream->outbuffer, stream->size);// 刷新到外设fsync(stream->fileno);stream->size = 0;}
}int mfwrite(const void *ptr, int num, mFILE *stream)
{// 1. 拷⻉memcpy(stream->outbuffer+stream->size, ptr, num);stream->size += num;// 2. 检测是否要刷新if(stream->flag == FLUSH_LINE && stream->size > 0 && stream->outbuffer[stream->size-1]== '\n'){mfflush(stream);}return num;
}void mfclose(mFILE *stream)
{if(stream->size > 0){mfflush(stream);}close(stream->fileno);
}// my_string.h
#pragma onceint my_strlen(const char *s);// my_string.c
#include "my_string.h"
int my_strlen(const char *s)
{const char *end = s;while(*end != '\0')end++;return end - s;
}

2. 静态库

静态库（.a）：程序在编译链接的时候把库的代码链接到可执⾏⽂件中，程序运⾏的时候将不再需要静态库。

个可执⾏程序可能⽤到许多的库，这些库运⾏有的是静态库，有的是动态库，⽽我们的编译默认为动态链接库，只有在该库下找不到动态.so的时候才会采⽤同名静态库。我们也可以使⽤ gcc的 -static 强转设置链接静态库。

2.1. 静态库的生成

// Makefilelibmystdio.a:my_stdio.o my_string.o@ar -rc $@ $^@echo "build $^ to $@ ... done"%.o:%.c@gcc -c $<@echo "compling $< to $@ ... done".PHONY:clean
clean:@rm -rf *.a *.o stdc*@echo "clean ... done".PHONY:output
output:@mkdir -p stdc/include@mkdir -p stdc/lib@cp -f *.h stdc/include@cp -f *.a stdc/lib@tar -czf stdc.tgz stdc@echo "output stdc ... done"

步骤1：先将.c文件编译成.o文件

步骤2：将.o文件进行打包形成.a文件

步骤3：将.a文件和.h文件进行打包

步骤4：在需要使用时可以将静态库进行压缩解包使用。

2.2. 静态库的使用

// 任意⽬录下，新建
// main.c，引⼊库头⽂件
#include "my_stdio.h"
#include "my_string.h"
#include <stdio.h>int main()
{const char *s = "abcdefg";printf("%s: %d\n", s, my_strlen(s));mFILE *fp = mfopen("./log.txt", "a");if(fp == NULL) return 1;mfwrite(s, my_strlen(s), fp);mfwrite(s, my_strlen(s), fp);mfwrite(s, my_strlen(s), fp);mfclose(fp);return 0;
}

使用场景1：头⽂件和库⽂件安装到系统路径下
$ gcc main.c -lmystdio
使用场景2：头⽂件和库⽂件和我们⾃⼰的源⽂件在同⼀个路径下
$ gcc main.c -L. -lmymath
使用场景3：头⽂件和库⽂件有⾃⼰的独⽴路径
gcc main.c -I头⽂件路径 -L库⽂件路径 -lmymath
-L: 指定库路径。

-I: 指定头⽂件搜索路径。

-l: 指定库名。

测试⽬标⽂件⽣成后，静态库删掉，程序照样可以运⾏。

-static选项。

库⽂件名称和引⼊库的名称：去掉前缀 lib ，去掉后缀 .so , .a ，如： libc.so -> c

3.动态库

动态库(.so)：程序在运⾏的时候才去链接动态库的代码，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仅仅包含它⽤到的函数⼊⼝地址的⼀个表，⽽不是外部函数所在⽬标⽂件的整个机器码。

在可执⾏⽂件开始运⾏以前，外部函数的机器码由操作系统从磁盘上的该动态库中复制到内存中，这个过程称为动态链接（dynamic linking）

动态库可以在多个程序间共享，所以动态链接使得可执⾏⽂件更⼩，节省了磁盘空间。操作系统采⽤虚拟内存机制允许物理内存中的⼀份动态库被要⽤到该库的所有进程共⽤，节省了内存和磁盘空间。

3.1. 动态库的生成

// Makefile
libmystdio.so:my_stdio.o my_string.ogcc -o $@ $^ -shared
%.o:%.cgcc -fPIC -c $<.PHONY:clean
clean:@rm -rf *.so *.o stdc*@echo "clean ... done".PHONY:output
output:@mkdir -p stdc/include@mkdir -p stdc/lib@cp -f *.h stdc/include@cp -f *.so stdc/lib@tar -czf stdc.tgz stdc@echo "output stdc ... done"

shared: 表⽰⽣成共享库格式。

fPIC：产⽣位置⽆关码(position independent code)

库名规则：libxxx.so

// 场景1：头⽂件和库⽂件安装到系统路径下
$ gcc main.c -lmystdio// 场景2：头⽂件和库⽂件和我们⾃⼰的源⽂件在同⼀个路径下
$ gcc main.c -L. -lmymath // 从左到右搜索-L指定的⽬录// 场景3：头⽂件和库⽂件有⾃⼰的独⽴路径
$ gcc main.c -I头⽂件路径 -L库⽂件路径 -lmymath$ ldd libmystdio.so // 查看库或者可执⾏程序的依赖
linux-vdso.so.1 => (0x00007fffacbbf000)
libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f8917335000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f8917905000)// 以场景2为例
$ ll
total 24
-rwxrwxr-x 1 whb whb 8592 Oct 29 14:50 libmystdio.so
-rw-rw-r-- 1 whb whb 359 Oct 19 16:07 main.c
-rw-rw-r-- 1 whb whb 447 Oct 29 14:50 my_stdio.h
-rw-rw-r-- 1 whb whb 447 Oct 29 14:50 my_string.h
$ gcc main.c -L. -lmystdio
$ ll
total 36
-rwxrwxr-x 1 whb whb 8600 Oct 29 14:51 a.out
-rwxrwxr-x 1 whb whb 8592 Oct 29 14:50 libmystdio.so
-rw-rw-r-- 1 whb whb 359 Oct 19 16:07 main.c
-rw-rw-r-- 1 whb whb 447 Oct 29 14:50 my_stdio.h
-rw-rw-r-- 1 whb whb 447 Oct 29 14:50 my_string.h
wzh@hcss-ecs-c6ff:$ ./a.out

3.3. 库运行搜索路径

3.3.1. 问题

在Linux系统中，动态链接库的搜索路径是如何配置的。通常，当程序运行时需要加载共享库（.so文件），系统会按照一定的顺序在特定的路径下查找这些库文件。如果找不到对应的库，程序会报错，比如“error while loading shared libraries”。

3.3.2. 解决方案

拷⻉ .so ⽂件到系统共享库路径下, ⼀般指 /usr/lib 、 /usr/local/lib 、 /lib64 等路径。

向系统共享库路径下建⽴同名软连接。

更改环境变量： LD_LIBRARY_PATH

ldconfig⽅案：配置/ etc/ld.so.conf.d/ ，ldconfig更新。