linux静态链接库与动态链接库的区别及动态库的创建

一、引言
通常情况下,对函数库的链接是放在编译时期(compile time)完成的。所有相关的对象文件(object file)与牵涉到的函数库(library)被链接合成一个可执行文件(executable file)。程序在运行时,与函数库再无瓜葛,因为所有需要的函数已拷贝到自己门下。所以这些函数库被成为静态库(static libaray),通常文件名为“libxxx.a”的形式。

其实,我们也可以把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期(runtime)。这就是如雷贯耳的动态链接库(dynamic link library)技术。

二、动态链接库的特点与优势

首先让我们来看一下,把库函数推迟到程序运行时期载入的好处:

1. 可以实现进程之间的资源共享。

什么概念呢?就是说,某个程序的在运行中要调用某个动态链接库函数的时候,操作系统首先会查看所有正在运行的程序,看在内存里是否已有此库函数的拷贝了。如果有,则让其共享那一个拷贝;只有没有才链接载入。这样的模式虽然会带来一些“动态链接”额外的开销,却大大的节省了系统的内存资源。C的标准库就是动态链接库,也就是说系统中所有运行的程序共享着同一个C标准库的代码段。

2. 将一些程序升级变得简单。用户只需要升级动态链接库,而无需重新编译链接其他原有的代码就可以完成整个程序的升级。Windows 就是一个很好的例子。

3. 甚至可以真正坐到链接载入完全由程序员在程序代码中控制。

程序员在编写程序的时候,可以明确的指明什么时候或者什么情况下,链接载入哪个动态链接库函数。你可以有一个相当大的软件,但每次运行的时候,由于不同的操作需求,只有一小部分程序被载入内存。所有的函数本着“有需求才调入”的原则,于是大大节省了系统资源。比如现在的软件通常都能打开若干种不同类型的文件,这些读写操作通常都用动态链接库来实现。在一次运行当中,一般只有一种类型的文件将会被打开。所以直到程序知道文件的类型以后再载入相应的读写函数,而不是一开始就将所有的读写函数都载入,然后才发觉在整个程序中根本没有用到它们。

三、动态链接库的创建

由于动态链接库函数的共享特性,它们不会被拷贝到可执行文件中。在编译的时候,编译器只会做一些函数名之类的检查。在程序运行的时候,被调用的动态链接库函数被安置在内存的某个地方,所有调用它的程序将指向这个代码段。因此,这些代码必须实用相对地址,而不是绝对地址。在编译的时候,我们需要告诉编译器,这些对象文件是用来做动态链接库的,所以要用地址不无关代码(Position Independent Code (PIC))。

对gcc编译器,只需添加上 -fPIC 标签,如:

gcc -fPIC -c file1.c
gcc -fPIC -c file2.c
gcc -shared libxxx.so file1.o file2.o

注意到最后一行,-shared 标签告诉编译器这是要建立动态链接库。这与静态链接库的建立很不一样,后者用的是 ar 命令。也注意到,动态链接库的名字形式为 “libxxx.so” 后缀名为 “.so”

四、动态链接库的使用

使用动态链接库,首先需要在编译期间让编译器检查一些语法与定义。

这与静态库的实用基本一样,用的是 -Lpath 和 -lxxx 标签。如:

gcc file1.o file2.o -Lpath -lxxx -o program.exe

编译器会先在path文件夹下搜索libxxx.so文件,如果没有找到,继续搜索libxxx.a(静态库)。

在程序运行期间,也需要告诉系统去哪里找你的动态链接库文件。在UNIX下是通过定义名为 LD_LIBRARY_PATH 的环境变量来实现的。只需将path赋值给此变量即可。csh 命令为:

setenv LD_LIBRARY_PATH your/full/path/to/dll

一切安排妥当后,你可以用 ldd 命令检查是否连接正常。

ldd program.exe

编译参数解析

最主要的是GCC命令行的一个选项:
-shared 该选项指定生成动态连接库(让连接器生成T类型的导出符号表,有时候也生成弱连接W类型的导出符号),不用该标志外部程序无法连接。相当于一个可执行文件

-fPIC:表示编译为位置独立的代码,不用此选项的话编译后的代码是位置相关的所以动态载入时是通过代码拷贝的方式来满足不同进程的需要,而不能达到真正代码段共享的目的。

-L.:表示要连接的库在当前目录中

-ltest:编译器查找动态连接库时有隐含的命名规则,即在给出的名字前面加上lib,后面加上.so来确定库的名称

LD_LIBRARY_PATH:这个环境变量指示动态连接器可以装载动态库的路径。

当然如果有root权限的话,可以修改/etc/ld.so.conf文件,然后调用 /sbin/ldconfig来达到同样的目的,不过如果没有root权限,那么只能采用输出LD_LIBRARY_PATH的方法了。
4、注意

调用动态库的时候有几个问题会经常碰到,有时,明明已经将库的头文件所在目录 通过 “-I” include进来了,库所在文件通过 “-L”参数引导,并指定了“-l”的库名,但通过ldd命令察看时,就是死活找不到你指定链接的so文件,这时你要作的就是通过修改 LD_LIBRARY_PATH或者/etc/ld.so.conf文件来指定动态库的目录。通常这样做就可以解决库无法链接的问题了。

五、静态库的创建和使用:

1、生成静态库 :库名 libmylib.a

ar rcs libmylib.a mylib.o

2、将静态库copy到 /usr/lib/ 或/lib/ 目录下

cp libmylib.a /usr/lib/

3、静态库的使用

比如测试文件为test.c

gcc -0 test test.c -lmylib

-l为选项, mylib为库名。mylib为libmylib的中间部分,Linux下约定所有库都以前缀lib开始

静态库以.a结尾,动态库以.so结尾。再编译程式时,无需带上前缀和后缀。

注意:静态库的命名需要以”lib”开头,否者连接是编译器无法找到库