linux库文件的编写
作者: laomai地址: http://blog.csdn.net/laomai
本文主要参考了如下资料⑴hcj写的"Linux静态/动态链接库的创建和使用"地址 http://fanqiang.chinaunix.net/system/linux/2006-05-08/4126.shtml⑵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) 在此一并致谢。 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 <stdio.h> 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 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 原因我还不清楚:-) 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 <stdio.h> 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)
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 dllope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<dlfcn.h> //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.
