Linux下Makefile中动态链接库和静态链接库的生成与调用

　　背景：写这篇博客的原因是：最近在搞嵌入式，需要交叉编译opencv库文件，自己写Makefile，通过arm-linux-g++编译、链接、生成可执行文件，从而实现了移植的过程。平台是Toradex的Apalis TK1，三千多元，买回来我就后悔了，全是英文资料，还各种Bug，迟迟无法上手。早知如此，还不如直接买Nvidia的Jetson TK1呢。

书归正传，今天写一下Makefile文件中，动态链接库和静态链接库的生成与调用。

一、概念

　　动态链接库：是一种不可执行的二进制程序文件，它允许程序共享执行特殊任务所必需的代码和其他资源。Windows平台上动态链接库的后缀名是”.dll”，Linux平台上的后缀名是“.so”。Linux上动态库一般是libxxx.so;相对于静态函数库，动态函数库在编译的时候并没有被编译进目标代码中，你的程序执行到相关函数时才调用该函数库里的相应函数，因此动态函数库所产生的可执行文件比较小。由于函数库没有被整合进你的程序，而是程序运行时动态的申请并调用，所以程序的运行环境中必须提供相应的库。动态函数库的改变并不影响你的程序，所以动态函数库的升级比较方便。

　　静态链接库：这类库的名字一般是libxxx.a；利用静态函数库编译成的文件比较大，因为整个函数库的所有数据都会被整合进目标代码中，他的优点就显而易见了，即编译后的执行程序不需要外部的函数库支持，因为所有使用的函数都已经被编译进去了。当然这也会成为他的缺点，因为如果静态函数库改变了，那么你的程序必须重新编译。

Makefile：利用IDE开发调试的人员可能对Makefile不大理解，其实Makefile就是完成了IDE中的编译、链接、生成等工作，并遵循shell脚本中变量定义与调用的规则。

二、编写Makefile实现编译与链接

1、准备文件

　　我们写一个简单的工程吧，此工程包含3个文件，分别是main.cpp，func.cpp和func.h。代码如下：

　　1）main.cpp源文件：包含入口函数 int main()。该源文件中添加了“func.h”头文件，在入口函数中调用func()函数。func函数中在func.cpp中定义，在func.h中原型声明。

# main.cpp
#include "func.h"
int main()
{
    func();
    return 0;
}

2）func.h头文件：对void func()函数进行原型声明。

 

3）func.cpp源文件：对void func()函数的定义或实现。

# func.cpp
#include "func.h"
void func()
{
    std::cout << "Hello World !" << std::endl;
}

2、编写Makefile文件

1）定义变量

　　首先定义SOURCE，OBJS和TARGET变量，用于指代我们项目中的源文件、目标文件和可执行文件。

2) 设置编译参数

　　CC：配置编译器为g++，

　　LIBS：需要调用的链接库（-l开头，去掉lib和.so。例：对 libopencv_core.so链接库的调用要写作：-lopencv_core），

　　LDFLAGS：链接库的路径（-L开头），

　　INCLUDE：头文件的路径。

3）链接生成

　　此步骤生成可执行文件（ELF），链接需要用到目标文件，由下一步产生

4）编译

　　此步骤生成目标文件（.o）

5）清理

　　此步骤清理可执行文件和所有的目标文件

#######################
# Makefile
#######################
# source object target
SOURCE := main.cpp func.cpp
OBJS   := main.o func.o
TARGET := main
# compile and lib parameter
CC      := g++
LIBS    :=
LDFLAGS := -L.
DEFINES :=
INCLUDE := -I.
CFLAGS  :=
CXXFLAGS:=
# link
#$(TARGET):$(OBJS)
    $(CC) -o $@ $^
# compile
#$(OBJS):$(SOURCE)
    $(CC) -c main.cpp -o main.o
    $(CC) -c func.cpp -o func.o
# clean
clean:
    rm -fr *.o
    rm -fr $(TARGET)

上述Makefile是将编译和链接两个步骤分开写的，我们同样可以直接从源文件生成可执行文件，自动进行编译链接等工作。

方法：将上述Makefile中的：

# link
#$(TARGET):$(OBJS)
    $(CC) -o $@ $^
# compile
#$(OBJS):$(SOURCE)
    $(CC) -c main.cpp -o main.o
    $(CC) -c func.cpp -o func.o

修改为：

all:
    $(CC) -o $(TARGET) $(SOURCE)

其他内容，不作变化。

6）编译、执行、清理

make
./main
make clean

NOTE:在执行make的时候会出现Makefile:19: *** missing separator.  Stop的错误,提示没有分割符,在makefile中规定必须以TAB键进行缩进.

执行make clean可以清楚当前目录下编译的文件.

2、动态链接库的调用

引言：在第一部分中，我们将main.o和func.o两个目标文件进行链接，便生成了main可执行文件。如果甲方并没有提供func.cpp和func.o，只是提供了libfunc.so这个链接库，我们如何生成可执行文件呢？下文就是讲述如何利用动态库链接生成可执行文件。

Makefile如下：

　　1）编译的时候需要通过INCLUDE指明头文件的路径

[A1] 这里需要注意的是，指明动态库名称时需要“掐头去尾”，例：我们需要用到 libfunc.so库，LIBS必须定义为 -lfunc 。

/*[A1]

LDFLAGS指明动态库的路径；

LIBS指明动态库的名称，需注意动态库名称需要“掐头去尾”

*/

3）执行的时候，需要把libfunc.so动态库拷贝到系统环境变量包含的路径下（比如/lib或/usr/lib），这样程序在运行时才能调用到动态库。

#######################
# Makefile
#######################
# target
TARGET := main
# compile and lib parameter
CC      := g++
LDFLAGS := -L/path/to/libfunc.so
LIBS    := -lfunc
DEFINES :=
INCLUDE := -I/path/to/func.h
CFLAGS  :=
CXXFLAGS:=
# link
$(TARGET):main.o
    $(CC) -o $@ $^ $(LDFLAGS) $(LIBS)
#compile
main.o:main.cpp
    $(CC) $(INCLUDE) -c $^crm -fr $(TARGET)
clean:
　　rm -fr *.o
    rm -fr $(TARGET)

四、静态链接库的生成和调用

1、静态链接库的生成

引言：仍然利用上文中的main.cpp, func.cpp和func.h文件。下面，我们将func.cpp源文件制作成静态链接库func.a，然后调用该静态库对main.cpp进行编译链接。

Makefile如下：

注意：AR：配置链接器为ar

#######################
# Makefile
######################
# compile and lib parameter
CC      := g++
LIBS    :=
LDFLAGS :=
DEFINES :=
INCLUDE := -I.
CFLAGS  :=
CXXFLAGS:=
# link parameter
AR  := ar
LIB := func.a
#link
$(LIB):func.o
    $(AR) -r $@ $^
#compile
func.o:func.cpp
    $(CC) -c $^ -o $@
# clean
clean:
   rm -fr *.o

执行make命令之后，就可以在当前目录生成func.a的静态链接库了。

注意：静态链接库必须“以.a结尾”。

2、静态链接库的调用

　　引言：在第一部分中，我们将main.o和func.o两个目标文件进行链接，便生成了main可执行文件；第二部分，我们将main.o和libfunc.so进行链接，也可以生成main可执行文件。如果我们既没有func.o也没有func.so，该如何生成可执行文件呢？下文就是讲述如何利用静态库func.a链接生成可执行文件。

Makefile如下：

　　1）编译的时候需要通过INCLUDE指明头文件的路径

　　2）链接的时候需要通过LDFLAGS 和 LIBS指明静态库的路径和名称。这里不需要像动态库那样“掐头去尾”，直接写作func.a即可。

　　3）执行的时候，不需要拷贝func.a至环境变量包含的路径，直接执行即可。

#######################
# Makefile
#######################
# target
TARGET := main
# compile and lib parameter
CC      := g++
LDFLAGS := -L.
LIBS    := func.a
DEFINES :=
INCLUDE := -I.
CFLAGS  :=
CXXFLAGS:=
# link
$(TARGET):main.o
    $(CC) -o $@ $^ $(LIBS)
#compile
main.o:main.cpp
    $(CC) -c $^ -o $@
# clean
clean:
    rm -fr *.o
    rm -fr $(TARGET)

 

 

linux ar 命令的使用说明和例子

用途说明　　

　　创建静态库.a文件。用C/C++开发程序时经常用到，但我很少单独在命令行中使用ar命令，一般写在makefile中，有时也会在shell脚 本中用到。关于Linux下的库文件、静态库、动态库以及怎样创建和使用等相关知识，参见本文后面的相关资料【3】《关于Linux静态库和动态库的分析》。　　

　　常用参数　　格式：ar rcs  libxxx.a xx1.o xx2.o　　

　　参数r：在库中插入模块（替换）。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。

　　参数c：创建一个库。不管库是否存在，都将创建。　　

　　参数s：创建目标文件索引，这在创建较大的库时能加快时间。（补充：如果不需要创建索引，可改成大写S参数；如果。a文件缺少索引，可以使用ranlib命令添加）　　

　　格式：ar t libxxx.a　　显示库文件中有哪些目标文件，只显示名称。　　

　　格式：ar tv libxxx.a　　显示库文件中有哪些目标文件，显示文件名、时间、大小等详细信息。　　

　　格式：nm -s libxxx.a　　显示库文件中的索引表。　　

　　格式：ranlib libxxx.a　　为库文件创建索引表。　　

使用示例　　

　　示例一 在shell脚本中使用Bash代码OS=`uname -r`　　ar rcs libhycu.a.$OS *.o　　

　　示例二 在makefile中使用　Makefile代码　$（BIN1）: $（BIN1_OBJS）　ar rcs $@ $^　　

　　示例三 创建并使用静态库　　

[A2]Vi 多个源文件*/

　　第二步：将test.c编译成目标文件。　　gcc -c test.c 如果test.c无误，就会得到test.o这个目标文件。     如果是gcc test.c 则默认生成a.out文件

　　第三步：由.o文件创建静态库。　　

ar rcs libtest.a test.o
[A1]
./main

 

示例四创建并使用动态库　　

　　第一步：编辑源文件，test.h test.c main.c。其中main.c文件中包含main函数，作为程序入口；test.c中包含main函数中需要用到的函数。　　vi test.h test.c main.c　　

　　第二步：将test.c编译成目标文件。　　gcc -c test.c　　前面两步与创建静态库一致。

　　第三步：由.o文件创建动态库文件。　　gcc -shared -fPIC -o libtest.so test.o　

　　第四步：在程序中使用动态库。　　gcc -o main main.c -L. -ltest　　当静态库和动态库同名时，gcc命令将优先使用动态库。　　

　　第五步：执行。　　LD_LIBRARY_PATH=. ./main　

    如果想创建一个动态链接库，可以使用 GCC 的-shared选项。输入文件可以是源文件、汇编文件或者目标文件。

    -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。

    另外还得结合-fPIC选项。-fPIC 选项作用于编译阶段，告诉编译器产生与位置无关代码（Position-Independent Code）；这样一来，产生的代码中就没有绝对地址了，全部使用相对地址，所以代码可以被加载器加载到内存的任意位置，都可以正确的执行。这正是共享库所要求的，共享库被加载时，在内存的位置不是固定的。