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[C++知识库]gcc/g++静态与动态链接库

库文件

首先说明要对库有一个比较直观的理解。库是写好的现有的,成熟的,可以复用的代码。现实中每个程序都依赖很多基础的底层库,不可能每个人的代码都从零开始,公共代码需要反复使用,就把这些代码编译成为“库”文件,因此库的存在意义非同寻常。
本质上说来库是一种可执行代码的二进制形式(注,其本身不可执行),可以被操作系统载入内存执行。
在这里插入图片描述

我们在链接的时候有两种库:动态链接库和静态链接库

静态链接库

在链接阶段,会将汇编生成的目标文件.o与引用到的库一起链接打包到可执行文件中,因此对应的链接方式为静态链接。其实一个静态链接库可以简单看成一组目标文件(.o/.obj文件)的集合,连接器将从库文件取得所需的代码,复制到生成的可执行文件中
即很多目标文件经过压缩打包后形成的一个文件。

  • 特点:可执行文件中包含了库代码的一份完整拷贝
  • 优点: 程序在运行时就不需要函数库了。
  • 缺点:被多次使用就会多份冗余拷贝,因为所有相关的目标文件和牵涉到的函数库被链接合成一个可执行文件。生成的可执行文件较大。

在这里插入图片描述

动态链接库

动态:在程序编译是并不会被连接到目标代码中,而是在程序运行时才被载入。动太库独立于现有的程序,其本身不可执行,但包含着程序需要调用的一些函数,这种库称为动态(链接)库(Dynamic Link Library)。
不同的应用程序如果调用相同的库,那么在内存里只需要有一份该共享库的实例,规避了空间浪费问题。
特点:

  1. 动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行时期
  2. 可以实现进程之间的资源共享,(动态库也成为共享库)
  3. 设置可以真正做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制(显式调用)
    缺点:
    要使用的动态库自己必须添加到路径。而静态库直接打包到了可执行程序。运行时不需要额外东西。
    在这里插入图片描述

库的生成与使用

举个例子:
三个文件

hello.h

#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H

void hello(const char *name);

#endif //HELLO_H

hello.c

#include <stdio.h>
#include "hello.h"

void hello(const char *name)
{
  printf("Hello %s!/n", name);
}

main.c

#include <stdio.h>
#include "hello.h"

int main()
{
  hello("everyone");
  return 0;
}

我们在main函数中要调用hello函数。
如果我们直接编译,是通不过的。gcc main.c或者gcc -o main main.c会报错,因为无法找到调用导函数。

静态库

linux下静态库的后缀名为.a文件

这时我们使用静态库来链接使用该hello函数。

生成:

  1. 我们先将hello.c生成二进制文件gcc -c hello.c -o hello.o
  2. 由.o文件创建静态库: 静态库文件名的命名规范是以lib为前缀,紧接着跟静态库名,扩展名为.a。例如:我们将创建的静态库名为myhello,则静态库文件名就是libmyhello.a。在创建和使用静态库时,需要注意这点。创建静态库用ar命令。
    ar cr libmyhello.a hello.o
    这里如果有多个.o文件可以在命令后面加入多个.o文件将他们一起打包成一个静态库文件。
    我们发现静态库文件已经生成了,他就是libmyhello.a 文件

使用:

  1. 我们需要gcc命令编译,gcc -o main main.c生成可执行文件时会报错 ,所以我们需要指定静态库然后生成可执行文件
  2. gcc -o main main.c -L . -l myhello。为何这么使用呢: -L :表示要链接的库所在的目录。-L. 表示要链接的库在当前目录,当然我们可以指定其他目录。
  3. -l (L的小写):表示需要链接库的名称,注意不是库文件名称,比如库文件为 libmyhello.a,那么库名称为myhello。gcc会在静态库名前加上前缀lib,然后追加扩展名.a得到的静态库文件名来查找静态库文件。
  4. 静态库在编译生成可执行文件后,就包含在可执行文件中了,我们可以把静态库删掉 ,再执行main程序,也不会出错。但是动态链接库就不行了,下面我们来看动态库。

动态库

与创建静态库不同的是,不需要打包工具,直接使用编译器即可创建动态库。动态库名字linux下为.so后缀文件

生成

还是使用上面的例子,我们用动态链接来运行main程序

  1. 使用命令 gcc -shared -fPIC -o libmyhello.so hello.c 生成动态链接库libmyhello.so,后面源文件可以跟多个.c文件
  2. 说明: -shared :指定生成动态链接库 -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事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共享的目的。输出文件libmyhello.so 动态库文件名命名规范和静态库文件名命名规范类似,也是在动态库名增加前缀lib,但其文件扩展名为.so。例如:我们将创建的动态库名为myhello,则动态库文件名就是libmyhello.so

使用

  1. gcc -o main main.c -L . -l myhello 与链接静态库使用方法相同
  2. 运行main函数时,可能报错,因为程序在运行时,会在/usr/lib和/lib等目录中查找需要的动态库文件。若找到,则载入动态库,否则将提示类似上述错误而终止程序运行。有三种方式加载动态库路径:
    (1)把库拷贝到/usr/lib和/lib目录下。
    (2)在LD_LIBRARY_PATH环境变量中加上库所在路径。
    例如动态库libmyhello.so在/home/ting/lib目录下,以bash为例,使用命令:
    export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/ting/lib
    (3) 修改/etc/ld.so.conf文件,把库所在的路径加到文件末尾,并执行ldconfig刷新。这样,加入的目录下的所有库文件都可见。
  3. 当我们运行成功后,我们把ibmyhello.so文件删除。再执行main程序会发现程序报错
dyld[16050]: Library not loaded: libmyhello.so
  Referenced from: /Users/chongbin/Desktop/project/C_project/ctest/static_test/main
  Reason: tried: 'libmyhello.so' (no such file), '/usr/local/lib/libmyhello.so' (no such file), '/usr/lib/libmyhello.so' (no such file), '/Users/chongbin/Desktop/project/C_project/ctest/static_test/libmyhello.so' (no such file), '/usr/local/lib/libmyhello.so' (no such file), '/usr/lib/libmyhello.so' (no such file)
Abort trap: 6

说明动态库是在运行时加载的,也就是在运行的时候,动态库必须存在,不然程序就找不到要调用的函数。

注意

当动态库和静态库同名存在时,默认使用的是动态库。也就是不会将静态库编译到可执行文件中去。

参考文章

GCC相关参数总结
https://blog.csdn.net/q_l_s/article/details/51313842
https://blog.csdn.net/able_zhou/article/details/6303905

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