【Linux系统编程】静态库和共享库

简介: 【Linux系统编程】静态库和共享库

静态库和共享库

1. 区别

静态库

静态库在文件中静态展开,所以有多少文件就展开多少次,非常吃内存,100M 展开 100 次,就是 1G ,但是这样的好处就是静态加载的速度快。


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动态库

使用动态库会将动态库加载到内存,10 个文件也只需要加载一次,然后这些文件用到库的时候临时去加载,速度慢一些,但是很省内存。



优缺点

动态库和静态库各有优劣,根据实际情况合理选用即可。

  • 静态库:对空间要求较低,而时间要求较高的核心程序中。
  • 动态库:对时间要求较低,对空间要求较高。


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2. 静态库制作

Linuxlibxxx.a

  • lib :前缀(固定)
  • xxx :库的名字,自己起
  • .a :后缀(固定)

Windowslibxxx.lib

静态库生成指令

ar rcs libmylib.a file1.o
  • r - 将文件插入备存文件中
  • c - 建立备存文件
  • s - 索引

生成步骤

第一步: 写好源代码。



第二步: 编译源代码生成 .o 文件。



第三步: 制作静态库。



第四步: 编译静态库到可执行文件中。

gcc test.c lib库名.a -o a.out


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编译时出现了函数未定义的警告,可以忽略,让系统生成默认的定义。

下图可以发现 test.c 只占用了 209 大小,而 test 却占用了 16752 ,说明静态库是直接编译到文件中。


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上面出现的警告,可以用编译器隐式声明来解决。编译器只能隐式声明返回值为 int 的函数形式:

int add(int, int);

如果函数不是返回的 int ,则隐式声明失效,所以会警告。

那我们只用在 test.c 中加入函数声明即可:


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这时候再编译就不会警告了:


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但是这样子做需要库的使用者知道库里的函数,然后再一个一个加到代码里,不是很科学,我们可以用下面这种方法来加载静态库。


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右边的 define 为头文件守卫,防止在代码中多次 include 同一个头文件,多次展开静态库,带来的额外开销。


然后我们同样进行编译,发现也不会报错,但是这样子写更好一些。


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当然,我们可以将静态库和头文件分别放至其他目录下,然后再模拟一遍。


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然后运行结果。


61473627bcec43c185b791965ad95c0b.png


3. 动态库制作

Linuxlibxxx.so

  • lib :前缀(固定)
  • xxx :库的名字,自己起
  • .so :后缀(固定)
  • Linux 下是一个可执行文件

Windowslibxxx.dll

制作步骤

  1. 1.将 .c 生成 .o 文件(生成与位置无关的代码 -fPIC
gcc -c add.c -o add.o -fPIC

使用这个参数过后,生成的函数就和位置无关,挂上 @plt 标识,等待动态绑定。

  1. 2.使用 gcc -shared 制作动态库
gcc -shared -o lib库名.so add.o sub.o div.o
  1. 3.编译可执行程序时指定所使用的动态库

-l :指定库名;-L :指定库路径

gcc test.c -o a.out -l mymath -L ./lib
  1. 4.运行可执行程序 ./a.out

过程演示

步骤一:生成位置无关的 .o 文件



步骤二:制作动态库 gcc -shared -o lib 库名 .so add.o



步骤三:编译程序

文件分布如下:动态库在 lib 目录下,头文件在 inc 目录下。



下面编译文件。



步骤四:执行文件,出错



出错原因分析:

  • 连接器:工作于链接阶段,工作时需要 -l-L
  • 动态链接器:工作于程序运行阶段,工作时需要提供动态库所在目录位置。

解决方法

(1)通过环境变量,但是临时生效

指定动态库路径并使其生效,然后再执行文件。

通过环境变量指定动态库所在位置:

export LD_LIBRARY_PATH=动态库路径

当关闭终端,再次执行 a.out 时,又报错。

这是因为,环境变量是进程的概念,关闭终端之后再打开,是两个进程,环境变量发生了变化。

(2)修改配置文件,永久生效

要想永久生效(建议写入绝对路径):

  1. 1.需要修改 bash 的配置文件:vi ~./bashrc ,写入 export LD_LIBRARY_PATH=动态库路径 并保存。
  2. 2.修改后要使配置文件立即生效:. .bashrc 或者 source .bashrc 或者重开终端让其自己加载。
  3. 3.这下再执行 a.out 就不会报错了。

(3)移动动态库(不推荐)

拷贝自定义动态库 到 /lib (标准 C 库所在目录位置)

(4)配置文件法(最难)

sudo vi /etc/ld.so.conf

② 写入动态库绝对路径保存

sudo ldconfig -v 使配置文件生效

./a.out 成功 — 使用 ldd a.out 查看

4. 工作原理

静态库: GCC 进行链接时,会把静态库中代码打包到可执行程序中。

动态库: GCC 进行链接时,动态库的代码不会打包到可执行程序中。

程序启动之后,动态库会被动态加载到内存中,通过 ldd 命令检查动态库依赖关系。

如何定位共享文件呢?

当系统加载可执行代码的时候,能够知道所依赖库的名字,但是还需要知道绝对路径。对于 elf 格式的可执行程序,是由 ld-linux.so 来完成的,它先后搜索 elf 文件的 DT_RPATH 段 --> 环境变量 LD_LIBRARY_PATH --> /etc/ld.so.cache 文件列表 --> /lib/,/usr/lib 目录找到库文件后将其载入内存。

5. 区别




静态库



优点:

  • 静态库被打包到应用程序中,加载速度快
  • 发布程序无需提供静态库,移植方便

缺点:

  • 消耗系统资源,浪费内存
  • 更新、部署、发布麻烦


动态库



优点:

  • 可以实现进程间资源共享(共享库)
  • 更新、部署、发布简单
  • 可以控制何时加载动态库

缺点:

  • 加载速度比静态库慢
  • 发布程序时需要提供依赖的动态库


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