1.庫文件簡介

庫文件是一個包含了編譯后代碼、數(shù)據(jù)的文件，用于與程序其他代碼連編，它可以使得程序模塊化、編譯速度更快，并且易于更新。庫文件分為三種（實質(zhì)為兩種，在隨后兩句話有解釋）：靜態(tài)庫（在程序之前就已經(jīng)裝載進其中了）、共享庫（在程序啟動之時加載進去，在程序直接共享）、動態(tài)加載庫（dynamically loaded，DL）（在程序運行中任何時候都可以被加載進程序中使用，事實上DL并非是一個完全不同的庫類型，共享庫可以用作DL而被動態(tài)加載（靜態(tài)庫在Linux貌似無法用dlopen加載）。注意有些人使用dynamically linked libraries (DLLs)來指代共享庫，有些人使用DLL這個詞來形容任何可以被用作DL的庫文件，這個請區(qū)分對待。

在具體使用中，我們應(yīng)該多使用共享庫，這使得用戶可以獨立于使用該庫文件的程序而更新庫。DL的確非常有用，但有時候我們可能并不需要那些靈活性，而對于靜態(tài)庫，由于更新起來實在費勁，我們一般不使用。

2.靜態(tài)庫的建立

靜態(tài)庫就是一堆普通的目標(biāo)文件（object file），習(xí)慣上靜態(tài)庫以.a為后綴，這是使用ar命令生成的。靜態(tài)庫允許用戶不用重新編譯代碼就可以鏈接程序，以節(jié)省重新編譯的時間，其實這個時間已經(jīng)在強大的機器配置和快速的編譯器中顯得微不足道了，這個常常用來提供程序而不是源代碼。速度上，靜態(tài)ELF（Executable and Linking Format）庫文件比共享庫或者動態(tài)加載庫快1%-5%，但實際上常常因為其他因素而并不一定快。

我們寫主文件prog.c：

  1: #include
  2: void ctest1(int *);
  3: void ctest2(int *);
  4:
  5: int main()
  6: {
  7:    int x;
  8:    ctest1(&x);
  9:    printf("Valx=%d\n",x);
 10:
 11:    return 0;
 12: }
 13: 然后寫這兩個函數(shù)的實現(xiàn)：

ctest1.c

  1: void ctest1(int *i)
  2: {
  3:    *i=5;
  4: }       ctest2.c

  1: void ctest2(int *i)
  2: {
  3:    *i=100;
  4: }我們首先編譯這兩個函數(shù)實現(xiàn)的源文件：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/statics$ gcc -Wall -c ctest1.c ctest2.c
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/statics$ ls
ctest1.c  ctest1.o  ctest2.c  ctest2.o  prog.c

然后創(chuàng)建靜態(tài)庫libctest.a：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/statics$ ar -cvq libctest.a ctest1.o ctest2.o

a - ctest1.o
a - ctest2.o

我們查看一下這個庫中的文件：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/statics$ ar -t libctest.a
ctest1.o
ctest2.o

此時我們可以編譯我們的程序了，注意-l選項，后邊的參數(shù)是去掉lib和.a的部分，并且需要放在要編譯的文件名之后，否則會報錯。：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/statics$ gcc -o test prog.c -L./ –lctest
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/statics$ ls
ctest1.c  ctest1.o  ctest2.c  ctest2.o  libctest.a  prog.c  test
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/statics$ ./test
Valx=5

3.共享庫的建立

共享庫是在程序啟動時加載的庫文件。當(dāng)共享庫加載完畢后所有啟動的起來的程序都將使用新的共享庫。在創(chuàng)建共享庫之前，還需要了解一些知識：

命名規(guī)則：
每一個共享庫都有一個soname，一般都形如libname.so.versionNumber，其中versionNumber每當(dāng)接口發(fā)生改變時都要增加，一個完全的soname的前綴應(yīng)該是它所在目錄，在一個實際系統(tǒng)中，一個完整的soname只是共享庫文件的real name的符號鏈接。程序運行時在內(nèi)部列出所需的共享庫時使用的就是soname。
每一個共享庫也有一個real name，這是包含實際代碼的文件名，real name使用soname為前綴，并且在后邊添加一些信息，一般都形如soname.MinorNumber.ReleaseNumber。 最后的releaseNumber可有可無。這個是生成共享庫時實際文件的名稱。
同時，在編譯器要求使用一個共享庫時使用的名字稱為linker name，一般都是去掉版本號的soname，用于gcc中-lname這樣的選項的編譯。
這幾個名字的關(guān)系：你在創(chuàng)建實際庫文件中指定libreadline.so.3.0為real name ，并且使用符號鏈接創(chuàng)建soname ->libreadline.so.3和linker name-> /usr/lib/libreadline.so。
放置位置：
GNU標(biāo)準(zhǔn)推薦將所有默認(rèn)的庫安裝在/usr/local/lib，這指的是開發(fā)者源代碼默認(rèn)的位置。
FHS指出大多數(shù)的庫文件應(yīng)該放在/usr/lib，而啟動所需的庫則應(yīng)該放在/lib中，而非系統(tǒng)庫應(yīng)該放在/usr/local/lib。這指的是發(fā)行版默認(rèn)的位置，這兩個標(biāo)準(zhǔn)并沒有矛盾。
共享庫的主要有三個步驟：

創(chuàng)建目標(biāo)代碼。
創(chuàng)建庫。
使用符號鏈接創(chuàng)建默認(rèn)版本的共享庫（可選）。
現(xiàn)在我們舉個例子來說明，首先我們編譯源代碼，使用-fPIC選項生成共享庫所需的位置獨立代碼（position-independent code (PIC)）：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ gcc -Wall -fPIC -c *.c
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ ls
ctest1.c  ctest1.o  ctest2.c  ctest2.o  prog.c  prog.o

然后我們創(chuàng)建庫文件：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ gcc -shared -Wl,-soname,libctest.so.1 -o libctest.so.1.0   *.o
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ ls
ctest1.c  ctest1.o  ctest2.c  ctest2.o  libctest.so.1.0  prog.c  prog.o

-shared選項指明生成共享目標(biāo)文件，-W1（注意是小寫L而不是一）指明傳入鏈接器的參數(shù)，在此我們設(shè)定了該庫的soname為libctest.so.1，-o則指明了生成的目標(biāo)庫文件為libctest.so.1.0（這個就是real name）。

最后創(chuàng)建所需的符號鏈接：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ sudo mv libctest.so.1.0 /usr/local/lib/libctest.so.1.0
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ sudo ln -sf /usr/local/lib/libctest.so.1.0 /usr/local/lib/libctest.so.1
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ sudo ln -sf /usr/local/lib/libctest.so.1.0 /usr/local/lib/libctest.so

創(chuàng)建的libctest.so就是上面所謂linker name，用于編譯時-lctest選項。

創(chuàng)建的libctest.so.1就是soname，我們在上邊說過程序在運行時需要這個名字的符號鏈接。

此時我們的共享庫就建好了，接著我們編譯程序：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ gcc -Wall -L/usr/local/lib prog.c -lctest -o prog
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ ls
ctest1.c  ctest1.o  ctest2.c  ctest2.o  prog  prog.c  prog.o

我們編譯完畢，該庫并不會包含在可執(zhí)行文件中，只有在執(zhí)行時來會動態(tài)加載進來。我們可以通過ldd列出一個可執(zhí)行程序所有的依賴，在我的系統(tǒng)中還找不到/usr/local/bin的路徑：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ ldd prog
    linux-gate.so.1 =>  (0x00a5c000)
    libctest.so.1 => not found
    libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0x00a6f000)
    /lib/ld-linux.so.2 (0x00451000)

此時，運行會報找不到庫的錯誤：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ ./prog
./prog: error while loading shared libraries: libctest.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory

我們可以將所需庫的路徑加入到系統(tǒng)路徑中，有三種方法可以完成：

A.在/etc/ld.so.conf中加入所在路徑，然后執(zhí)行l(wèi)dconfig配置鏈接器運行時綁定配置。你也可以創(chuàng)建一個文件，將路徑寫入，然后使用ldconfig –f filename將配置寫入。
B.修改LD_LIBRARY_PATH環(huán)境變量（Linux下，AIX下為LIBPATH），在其中添加路徑。若你直接在.bashrc文件中配置則重啟后不失效，否則在shell中設(shè)置重啟后失效。
我們使用A方法中的-f選項：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ vi libctest.conf
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ sudo ldconfig -f libctest.conf
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ ./prog
Valx=5
gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib/shared$ ldd prog
    linux-gate.so.1 =>  (0x00f6f000)
    libctest.so.1 => /usr/local/lib/libctest.so.1 (0x005d9000)
    libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0x00718000)
    /lib/ld-linux.so.2 (0x001e6000)

其中l(wèi)ibctest.conf中寫入路徑：/usr/local/lib。程序運行正常。

4.動態(tài)加載庫的使用

動態(tài)加載庫是在非程序啟動時動態(tài)加載進入程序的庫，這對于實現(xiàn)插件或動態(tài)模塊有很大的幫助。在Linux中，動態(tài)加載庫的形式并不特殊，它使用上述兩種程序庫，使用提供的API在程序運行時動態(tài)加載。注意，在不同平臺上動態(tài)加載庫的API并不相同，所以可能會有移植問題出現(xiàn)。

我們可以通過nm命令先查看一下我們創(chuàng)建的庫里面有哪些symbol（可以理解為函數(shù)方法）供我們使用：

gnuhpc@gnuhpc-desktop:~/MyCode/lib$ nm /usr/local/lib/libctest.so
00001f18 a _DYNAMIC
00001ff4 a _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
         w _Jv_RegisterClasses
00001f08 d __CTOR_END__
00001f04 d __CTOR_LIST__
00001f10 d __DTOR_END__
00001f0c d __DTOR_LIST__
000005a0 r __FRAME_END__
00001f14 d __JCR_END__
00001f14 d __JCR_LIST__
00002014 A __bss_start
         w __cxa_finalize@@GLIBC_2.1.3
00000540 t __do_global_ctors_aux
00000420 t __do_global_dtors_aux
00002010 d __dso_handle
         w __gmon_start__
000004d7 t __i686.get_pc_thunk.bx
00002014 A _edata
0000201c A _end
00000578 T _fini
000003a0 T _init
00002014 b completed.7021
000004dc T ctest1
000004ec T ctest2
00002018 b dtor_idx.7023
000004a0 t frame_dummy
000004fc T main
         U printf@@GLIBC_2.0

這個命令對靜態(tài)庫和共享庫都支持，第二列為symbol類型，小寫字母表示符號是本地的，大寫字母表示符號是全局（外部）的，幾個常見的字母含義如下：T為代碼段普通定義，D為已初始化數(shù)據(jù)段，B為未初始化數(shù)據(jù)段，U為未定義（用到該符號但是沒有在該庫中定義）。

我們創(chuàng)建ctest.h：

  1: #ifndef CTEST_H
  2: #define CTEST_H
  3:
  4: #ifdef __cplusplus
  5: extern "C" {
  6: #endif
  7:
  8: void ctest1(int *);
  9: void ctest2(int *);
 10:
 11: #ifdef __cplusplus
 12: }
 13: #endif
 14:
 15: #endif這里使用extern C是為了使得該庫既可以用于C語言又可以用于C++。

我們動態(tài)加載庫進來：progdl.c

  1: #include
  2: #include
  3: #include "ctest.h"
  4:
  5: int main(int argc, char **argv)
  6: {
  7:    void *lib_handle;
  8:    double (*fn)(int *);
  9:    int x;
 10:    char *error;
 11:
 12:    lib_handle = dlopen("/usr/local/lib/libctest.so", RTLD_LAZY);
 13:    if (!lib_handle)
 14:    {
 15:       fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
 16:       exit(1);
 17:    }
 18:
 19:    fn = dlsym(lib_handle, "ctest1");
 20:    if ((error = dlerror()) != NULL) 
 21:    {
 22:       fprintf(stderr, "%s\n", error);
 23:       exit(1);
 24:    }
 25:
 26:    (*fn)(&x);
 27:    printf("Valx=%d\n",x);
 28:
 29:    dlclose(lib_handle);
 30:    return 0;
 31: }里面的方法解釋如下：

void * dlopen(const char *filename, int flag); 
若filename為絕對路徑，那么dlopen就會試圖打開它而不搜索相關(guān)路徑，否則就現(xiàn)在環(huán)境變量LD_LIBRARY_PATH處搜索，然后在/etc/ld.so.cache以及/lib和/usr/lib搜索。flag我們只解釋兩個常用的選項：若為RTLD_LAZY則表示在動態(tài)庫執(zhí)行時解決未定義符號問題，而RTLD_NOW則表示在dlopen返回前解決未定義符號問題。當(dāng)你調(diào)試時你應(yīng)該用RTLD_NOW，這個時候若存在未解決的引用程序還可以繼續(xù)進行。另外，RTLD_NOW選項可能會使打開庫的這個操作稍微慢一點，但是以后尋找函數(shù)時就會快一點。注意，若程序庫相互依賴則應(yīng)該按依賴順序依次載入，比如X依賴Y，那么要先載入Y然后再載入X。返回的是一個句柄，若失敗則返回null.

char *dlerror(void);
報告任何上一次對加載庫操作的錯誤。兩次調(diào)用期間若有操作錯誤則第二次會報告， 否則第二次則返回null——它報告完錯誤就等待下一個錯誤的發(fā)生，上一次錯誤的情況一旦報告就不再提及。

void *dlsym(void *handle, const char *symbol);
尋找對應(yīng)symbol的函數(shù)方法，handle就是dlopen返回的句柄。一般如下使用：
  1:  dlerror(); /* clear error code */
  2:  s = (actual_type) dlsym(handle, symbol_being_searched_for);
  3:  if ((err = dlerror()) != NULL) {
  4:   /* handle error, the symbol wasn't found */
  5:  } else {
  6:   /* symbol found, its value is in s */
  7:  }int dlclose(void *handle);
關(guān)閉一個動態(tài)加載庫。當(dāng)一個動態(tài)庫被加載多次時，你需要用同樣次數(shù)dlclose該動態(tài)庫才可以deallocated.

我們編譯該代碼gcc -g -rdynamic -o progdl progdl.c -ldl，即可得到可執(zhí)行文件（其中-g選項是為了gdb調(diào)試所用），其中的庫為動態(tài)加載后又關(guān)閉的。我們使用gdb看一下代碼：

(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x804878d: file progdl.c, line 12.
(gdb) r
Starting program: /home/gnuhpc/MyCode/lib/dynamic/progdl

Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0xbffff4a4) at progdl.c:12
12       lib_handle = dlopen("/usr/local/lib/libctest.so", RTLD_LAZY);
(gdb) f
#0  main (argc=1, argv=0xbffff4a4) at progdl.c:12
12       lib_handle = dlopen("/usr/local/lib/libctest.so", RTLD_LAZY);
(gdb) s
13       if (!lib_handle)
(gdb) n
19       fn = dlsym(lib_handle, "ctest1");
(gdb)
20       if ((error = dlerror()) != NULL) 
(gdb)
26       (*fn)(&x);
(gdb)
27       printf("Valx=%d\n",x);
(gdb) p x
$1 = 5
(gdb) p fn
$2 = (double (*)(int *)) 0x28c4dc

可以看到fn獲得了ctest1的地址。

參考文獻：

http://www.yolinux.com/TUTORIALS/LibraryArchives-StaticAndDynamic.html

http://www.linuxjournal.com/article/3687

http://www.dwheeler.com/program-library/Program-Library-HOWTO/

本文來自CSDN博客，轉(zhuǎn)載請標(biāo)明出處：http://blog.csdn.net/gnuhpc/archive/2010/12/20/6086143.aspx