一、为什么要使用库文件

  我们在实际编程工作中肯定会遇到这种情况:有几个项目里有一些函数模块的功能相同,

  实现代码也相同,也是我们所说的重复代码。比如,很多项目里都有一个用户验证的功能。

  代码段如下:

  //UserLogin.h文件,提供函数声明
  int IsValidUser(char* username, int namelen);

  //UserLogin.c文件,实现对用户信息的验证

  int IsValidUser(char* username, int namelen)

  {

  int IsValid = 0;

  /*下面是具体的处理代码,略去*/

  return IsValid

  }

  如果每个项目都保存着这两个UserLogin.h和UserLogin.c文件,会有以下几个

  弊端:

  1、每个项目里都有重复的模块,造成代码重复。

  2、代码的重用性不好,一旦IsValidUser的代码发生了变化,为了保持设计的一致性,

  我们还要手工修改其他项目里的UserLogin.c文件,既费时又费力,还容易出错。

  库文件就是对公共代码的一种组织形式。

  为了解决上面两个弊端,就提出了用库文件存放公共代码的解决方案,其要点就是

  把公共的(也就是可以被多次复用的)目标代码从项目中分离出来,统一存放到库文件中,

  项目要用到这些代码的时候,在编译或者运行的时候从库文件中取得目标代码即可。库文件

  又分两种:静态库和动态库。

  二、静态库与动态库

  如果程序是在编译时加载库文件的,就是使用了静态库。如果是在运行时加载目标代码,

  就成为动态库。换句话说,如果是使用静态库,则静态库代码在编译时就拷贝到了程序的代码段,

  程序的体积会膨胀。如果使用动态库,则程序中只保留库文件的名字和函数名,在运行时去查找

  库文件和函数体,程序的体积基本变化不大。

  静态库的原则是“以空间换时间”,增加程序体积,减少运行时间;

  动态库则是“以时间换空间”,增加了运行时间,但减少了程序本身的体积。

  下面我们就以实际例子来看看如何使用这两种库.

  三、静态库的编写和使用

  1、概述

  静态库文件的扩展名一般为.a,其编写步骤很简单。

  ⑴编写函数代码

  ⑵编译生成各目标文件

  ⑶用ar文件对目标文件归档,生成静态库文件。

  注意归档文件名必须以lib打头。

  使用要点:

  ⑴在gcc 的-I参数后加上静态库头文件的路径。

  ⑵在gcc 的-L参数后加上库文件所在目录

  ⑶在gcc 的-l参数后加上库文件名,但是要去掉lib和.a扩展名。

  比如库文件名是libtest.a 那么参数就是 -l test

  2、编写最简单的静态库文件

  编写如下两个文件,注意放在同一目录中

  myalib.h   //静态库头文件

  myalib.c   //静态库实现文件

  //myalib.h 文件的内容

  void test();

  //myalib.c 文件的内容

  #inlcude

  void test()

  {

  printf("test\n");

  }

  3、制作库文件

  ⑴生成目标文件

  gcc -c myalib.c

  执行完后会生成一个myalib.o文件

  ⑵用ar命令归档,格式为ar -rc <生成的档案文件名> <.o文件名列表>

  再次提醒,归档文件名一定要以lib打头, .a结尾。

  ar -rc libtest.a myalib.o
  -c create的意思

  -r replace的意思,表示当插入的模块名已经在库中存在,则替换同名的模块。如果若干模块中有一个模块在库中不存在,ar显示一个错误消息,并不替换其他同名模块。默认的情况下,新的成员增加在库的结尾处,可以使用其他任选项来改变增加的位置。
  到此静态函数库创建完毕。

  执行完后会生成一个libtest.a文件

  4、使用库文件

  ⑴编写一个测试程序main.c,内容为

  //main.c 测试静态库调用的程序

  #include "myalib.h"   //要把函数的头文件包含进来,否则编译时会报错

  int main(int argc,char* argv[])

  {

  test();

  return 0;

  }

  ⑵编译目标文件,注意要把静态库头文件的路径加到-I参数里面

  gcc -I /root/exercise -o main.o -c main.c

  现在生成了一个main.o文件

  ⑶生成可执行文件,注意要把静态库文件的路径加到-L参数里面,

  把库文件名(去掉打头的lib和结尾的.a)加到-l参数后面。如下面所示

  gcc -o main -L/root/exercise   main.o -ltest

  此时就会生成一个名为main的可执行文件

  另外,注意- l参数好象应该加到输入文件名的后面,否则会报错。

  比如gcc -o main -L/root/exercise   -ltest main.o就会提示

  main.o(.text+0x11): In function `main'':

  : undefined reference to `test''

  collect2: ld returned 1 exit status

  原因:(摘自 man gcc )It makes a difference where in the command you write this option;
           the linker searches and processes libraries and object files in the
           order they are specified.  Thus, foo.o -lz bar.o searches library z
           after file foo.o but before bar.o.  If bar.o refers to functions in
           z, those functions may not be loaded.

  ⑷执行可执行文件查看效果

  执行./main, 输出

  test

  说明执行成功。

  四、动态库的编写

  1、概述

  动态库一般以.so结尾,就是shared object的意思.

  其基本生成步骤为

  ⑴编写函数代码

  ⑵编译生成动态库文件,要加上 -shared 和 -fpic 选项 ,

  库文件名以lib开头, 以.so 结尾。

  使用方式分为两种: 隐式调用和显示调用

  隐式调用类似于静态库的使用,但需修改动态链接库的配置文件/etc/ld.so.conf;

  显示调用则是在主程序里使用dlopen、dlsym、dlerror、dlclose等系统函数。

  具体的调用方式会在 "五、动态库的调用" 中详细说明.

  2、编写最简单的动态库文件

  为了便于对照, 我们仍然采用静态库中的文件做例子.

  编写如下两个文件,注意放在同一目录中

  myalib.h   //静态库头文件

  myalib.c   //静态库实现文件

  //myalib.h 文件的内容

  void test();

  //myalib.c 文件的内容

  #inlcude

  void test()

  {

  printf("test\n");

  }

  3、编译生成动态库 ,库文件名以lib开头, 以.so 结尾。

  gcc -fpic -shared -o libtest.so myalib.c

  此时就生成一个libtest.so文件

  五、动态库的隐式调用

  隐式调用的含义是代码里不出现库文件名,就是说这个代码和

  调用静态库的代码是类似的。

  1、编写测试文件

  //main.c 测试动态库隐式调用的程序

  #include "myalib.h"   //要把函数的头文件包含进来,否则编译时会报错

  int main(int argc,char* argv[])

  {

  test();

  return 0;

  }

  2、 编译测试程序,与静态库类似,要把头文件的路径加到-I参数里面

  gcc -I /root/exercise -o main.o -c main.c

  现在生成了一个main.o文件

  3、连接生成测试程序

  gcc -o main -L/root/exercise   main.o -ltest

  现在生成了一个main文件

  4、执行测试程序

  ./main

  此时出现提示

  ./main: error while loading shared libraries: libtest.so: cannot open shared object file: No such file or directory。

  这个原因就是程序运行时并不知道动态库所在的路径,因此自然找不到。

  解决这个问题的办法有三种。见下节

  六、使动态库被系统共享的三种办法

  (再次说明: 本节参考了计算机世界网雨亦奇的文章"LINUX动态链接库高级应用"

  地址http://www.ccw.com.cn/htm/center/prog/02_3_13_3_2.asp)

  (1)拷贝动态链接库到系统共享目录下,或在系统共享目录下为该动态链接库

  建立连接(硬连接或符号连接均可,常用符号连接).这里说的系统共享目录,

  指的是LINUX动态链接库存放的目录,包括

  /lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf文件内所列的一系列目录.
实例:执行

  # cp libtest.so /lib

  # ldconfig

  或:

  # ln -s `pwd`/libtest.so /lib

  # ldconfig

  注意pwd前后有两个反引号`,其目的是取得pwd命令的输出,即当前目录.

  此时再执行main,即可成功.

  (2)将动态链接库所在目录名追加到动态链接库配置文件/etc/ld.so.conf中.

  # pwd >> /etc/ld.so.conf

  # ldconfig

  此时再执行main,即可成功.

  (3)利用动态链接库管理命令ldconfig,强制其搜索指定目录,并更新缓存文件,便于动态装入.

  # ldconfig `pwd`

  此时再执行main,即可成功.

  要注意,第三种方法虽然有效,但效果是暂时的,供程序测试还可以,一旦再度运行ldconfig,

  则缓存文件内容可能改变,所需的动态链接库可能不被系统共享了.

  而且无论哪种办法,其实质都是用ldconfig命令把动态库文件

  所在路径加入到系统库列表中,(前两种永久,第三种临时)

  补充:ldconfig命令的作用(见最后说明)

  七、动态库的显式调用

  显式调用的含义是代码出现库文件名,用户需要自己去

  打开和管理库文件。其要点为:

  ⑴把dlfcn.h系统头文件包含进来

  ⑵用dlopen函数打开库文件,并指定打开方式

  dlopen的的第一个参数为共享库的名称,将会在下面位置查找指定的共享库。

  ①环境变量LD_LIBRARY_PATH列出的用分号间隔的所有目录。

  ②文件/etc/ld.so.cache中找到的库的列表,由ldconfig命令刷新。

  ③目录usr/lib。

  ④目录/lib。

  ⑤当前目录。

  第二个参数为打开共享库的方式。有两个取值

  ①RTLD_NOW:将共享库中的所有函数加载到内存

  ②RTLD_LAZY:会推后共享库中的函数的加载操作,直到调用dlsym()时方加载某函数

  ⑶用dlerror()函数测试是否打开成功,并进行错误处理;

  ⑷用dlsym获得函数地址,存放在一个函数指针中

  ⑸用获得的函数指针进行函数调用。

  ⑹程序结束时用dlclose关闭打开的动态库,防止资源泄露。

  ⑺用ldconfig工具把动态库的路径加到系统库列表中

  1、编写测试文件

  //main.c 测试动态库显式调用的程序

  #include      //用于动态库管理的系统头文件

  #include "myalib.h"    //要把函数的头文件包含进来,否则编译时会报错

  int main(int argc,char* argv[])

  {

  //声明对应的函数的函数指针

  void (*pTest)();

  //加载动态库

  void *pdlHandle = dlopen("libtest.so", RTLD_LAZY);

  //错误处理

  if(pdlHandle == NULL )    {

  printf("Failed load library\n");

  return -1;

  }

  char* pszErr = dlerror();

  if(pszErr != NULL)

  {

  printf("%s\n", pszErr);

  return -1;

  }

  //获取函数的地址

  pTest = dlsym(pdlHandle, "test");

  pszErr = dlerror();

  if(pszErr != NULL)

  {

  printf("%s\n", pszErr);

  dlclose(pdlHandle);

  return -1;

  }

  //实现函数调用

  (*pTest)();

  //程序结束时关闭动态库

  dlclose(pdlHandle);

  return 0;

  }

  2、编译测试文件 使用-ldl选项指明生成的对象模块需要使用共享库

  gcc -o main -ldl main.c

  执行完后就生成了一个main文件

  3、执行测试程序

  执行 ./main

  输出

  test

  说明成功。

  六、使用动态库时应注意的其他问题

  1、无论是动态库的显式调用还是隐式调用,都需要用

  ldconfig工具将动态库的路径加到系统库列表中,否则运行时会出错。

  2、可以用ldd命令检查程序都使用到哪些共享库

  ldd命令行用法如下:

  ldd [--version] [-v|--verbose] [-d|--data-relocs] [-r|--function-relocs] [--help] FILE...

  各选项说明如下:

  (1) --version : 此选项用于打印出ldd的版本号.

  (2) -v 或 --verbose : 此选项指示ldd输出关于所依赖的动态链接库的尽可能详细的信息.

  (3) -d 或 --data-relocs : 此选项执行重定位,并且显示不存在的函数.

  (4) -r 或 --function-relocs : 此选项执行数据对象与函数的重定位,同时报告不存在的对象.

  (5) --help : 此选项用于打印出ldd的帮助信息.

  我们一般用-v选项.

  现在看几个实例

  ⑴用静态库连接时的结果

  #ldd main

  libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74ad000)

  /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)

  可见使用静态库时,由于库已经被编译成程序的一部分,因此ldd的输出中就只有用到的

  系统库。

  ⑵用动态库隐式连接时的结果

  libtest.so => /root/exercise/libtest.so (0xb75e2000)

  libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74ab000)

  /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)

  可见隐式使用动态库时,所有用到的动态库(包括系统和用户的)都会被显示出来。

  ⑶动态库显式连接时的结果

  ldd main

  libdl.so.2 => /lib/libdl.so.2 (0xb75e1000)

  libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74aa000)

  /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)

  可见显式使用动态库时,程序中不再保存运行时打开动态库的信息,只保留用到的系统库的信息.

  这个与使用静态库时的输出是类似的.

  七.补充 :

  ldconfig是一个动态链接库管理命令

  为了让动态链接库为系统所共享,还需运行动态链接库的管理命令--ldconfig

  ldconfig 命令的用途,主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件/etc/ld.so.conf内所列的目录下,搜索出可共享的动态链接库(格式如前介绍,lib*.so*),进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件.缓存文件默认为 /etc/ld.so.cache,此文件保存已排好序的动态链接库名字列表.

  ldconfig通常在系统启动时运行,而当用户安装了一个新的动态链接库时,就需要手工运行这个命令.

  ldconfig命令行用法如下:

  ldconfig [-v|--verbose] [-n] [-N] [-X] [-f CONF] [-C CACHE] [-r ROOT] [-l] [-p|--print-cache]

  [-c FORMAT] [--format=FORMAT] [-V] [-?|--help|--usage] path...

  ldconfig可用的选项说明如下:

  (1) -v或--verbose : 用此选项时,ldconfig将显示正在扫描的目录及搜索到的动态链接库,还有它所创建的连接的名字.

  (2) -n : 用此选项时,ldconfig仅扫描命令行指定的目录,不扫描默认目录(/lib,/usr/lib),也不扫描配置文件/etc/ld.so.conf所列的目录.

  (3) -N : 此选项指示ldconfig不重建缓存文件(/etc/ld.so.cache).若未用-X选项,ldconfig照常更新文件的连接.

  (4) -X : 此选项指示ldconfig不更新文件的连接.若未用-N选项,则缓存文件正常更新.

  (5) -f CONF : 此选项指定动态链接库的配置文件为CONF,系统默认为/etc/ld.so.conf.

  (6) -C CACHE : 此选项指定生成的缓存文件为CACHE,系统默认的是/etc/ld.so.cache,此文件存放已排好序的可共享的动态链接库的列表.

  (7) -r ROOT : 此选项改变应用程序的根目录为ROOT(是调用chroot函数实现的).选择此项时,系统默认的配置文件 /etc/ld.so.conf,实际对应的为 ROOT/etc/ld.so.conf.如用-r /usr/zzz时,打开配置文件 /etc/ld.so.conf时,实际打开的是/usr/zzz/etc/ld.so.conf文件.用此选项,可以大大增加动态链接库管理的灵活性.

  (8) -l : 通常情况下,ldconfig搜索动态链接库时将自动建立动态链接库的连接.选择此项时,将进入专家模式,需要手工设置连接.一般用户不用此项.

  (9) -p或--print-cache : 此选项指示ldconfig打印出当前缓存文件所保存的所有共享库的名字.

  (10) -c FORMAT 或 --format=FORMAT : 此选项用于指定缓存文件所使用的格式,共有三种: ld(老格式),new(新格式)和compat(兼容格式,此为默认格式).

  (11) -V : 此选项打印出ldconfig的版本信息,而后退出.

  (12) -? 或 --help 或 --usage : 这三个选项作用相同,都是让ldconfig打印出其帮助信息,而后退出.

  linux下的共享库机制采用了类似于高速缓存的机制,将库信息保存在/etc/ld.so.cache里边。

  程序连接的时候首先从这个文件里边查找,然后再到ld.so.conf的路径里边去详细找。

  这就是为什么修改了ld.so.conf要重新运行一下ldconfig的原因

  补充一点,ldconfig在/sbin里面。

 

人就像是被蒙着眼推磨的驴子,生活就像一条鞭子;当鞭子抽到你背上时,你就只能一直往前走,虽然连你也不知道要走到什么时候为止,便一直这么坚持着。