Linux 静态库和动态库

在 Windows 平台和 Linux 平台下都大量存在着库。本质上来说库是一种可执行的二进制代码(但不可以独立执行)，可以被操作系统载入内存执行。

Linux下的库有两种：静态库和动态库（共享库）。本文将介绍 Linux 下静态库和动态库的概念以及相应的创建与使用方法。

一、对比

类型	特点
静态库	在编译时被链接到程序中，作为可执行程序的一部分。在程序运行时不再依赖静态库，占用内存大。
动态库	在可执行程序运行时载入内存。动态库已经在内存中不需要再次载入。

二、静态库

2.1 概念

静态库指将所有相关的目标文件打包成为一个单独的文件，即静态库文件。静态库以 .a 结尾，链接器会将程序中使用到的函数的代码从库文件中拷贝到程序中。由于每个使用静态库的应用程序都需要拷贝所有函数的代码，所以静态链接的文件会比较大。

在 Unix 系统中，静态库以一种称为存档（archive）的特殊文件格式存放在磁盘中。存档文件是一组连接起来的可重定位目标文件的集合，有一个头部用来描述每个成员目标文件的大小和位置。

2.2 静态库的创建和使用

2.2.1 环境准备

创建根文件夹 staticDemo:

1	[root@VM_120_243_centos ~]# mkdir staticDemo

创建子文件夹 include，用于存放所有头文件：

1 2	[root@VM_120_243_centos ~]# cd staticDemo/ [root@VM_120_243_centos staticDemo]# mkdir include

进入 include 文件夹，编写 myLib.h 文件，申明 printInfo() 函数：

[root@VM_120_243_centos staticDemo]# cd include/
[root@VM_120_243_centos include]# vim myLib.h
[root@VM_120_243_centos include]# cat myLib.h 
void printInfo();

进入上层目录，创建 lib 文件夹，用于存放所有库文件，再其中编写 print.c 文件，使用了 myLib.h 中的 printInfo() 函数：

[root@VM_120_243_centos include]# cd ..
[root@VM_120_243_centos staticDemo]# mkdir lib
[root@VM_120_243_centos staticDemo]# cd lib/
[root@VM_120_243_centos lib]# vim print.c
[root@VM_120_243_centos lib]# cat print.c 
#include <stdio.h>
#include "myLib.h"

void printInfo()
{
	printf("print from print.c file...\n");
}

进入上层目录，编写 main.c 文件，用于测试：

[root@VM_120_243_centos lib]# cd ..
[root@VM_120_243_centos staticDemo]# vim main.c
[root@VM_120_243_centos staticDemo]# cat main.c 
#include <stdio.h>
#include "myLib.h"

int main(void)
{
	printf("print from main.c file...\n");
	printInfo();
	return 0;
}

准备工作到此完成，整个目录结构如下：

[root@VM_120_243_centos staticDemo]# tree
.
├── include
│   └── myLib.h
├── lib
│   └── print.c
└── main.c

2 directories, 3 files

2.2.2 生成静态库

首先进入 lib 文件夹，生成 print.o 文件：

[root@VM_120_243_centos staticDemo]# cd lib/
[root@VM_120_243_centos lib]# gcc -c print.c -I../include/ -o print.o
[root@VM_120_243_centos lib]# ls
print.c  print.o

使用 ar命令 归档目标文件，得到静态库：

[root@VM_120_243_centos lib]# ar -crv libprint.a print.o
a - print.o
[root@VM_120_243_centos lib]# ls
libprint.a  print.c  print.o

上述命令中 crv 是 ar 的命令选项：

c 如果需要生成新的库文件，不要警告
r 代替库中现有的文件或者插入新的文件
v 输出详细信息

使用 -t 参数可以查看静态库中包含的文件：

1 2	[root@VM_120_243_centos lib]# ar -t libprint.a print.o

**注意：**我们要生成的库的文件名必须形如 libxxx.a，这样我们在链接这个库时，就可以用 -lxxx。

反过来讲，当我们告诉编译器 -lxxx 时，编译器就会在指定的目录中搜索 libxxx.a 或是 libxxx.so。

2.2.3 生成可执行文件

进入上层目录，链接库并生成可执行文件：

1	[root@VM_120_243_centos staticDemo]# gcc main.c -I./include/ -L./lib/ -lprint -o main

执行可执行文件：

1
2
3

[root@VM_120_243_centos staticDemo]# ./main 
print from main.c file...
print from print.c file...

三、动态库

3.1 概念

动态库是一个目标模块，Linux 系统以 .so 后缀表示，Windows 以 .dll 后缀表示，使用动态库可以减小应用程序占用的空间和加载时间。

在运行时，动态库可以加载到任意的存储器地址，并和一个再存储器中的程序链接起来，这个过程称为动态链接，是由一个叫做动态链接器的程序来执行的。

动态库是 Linux 系统最广泛的一种程序使用方式，工作原理是相同功能的代码可以被多个程序共同使用。

在程序加载的时候，内核会检查程序使用到的动态库是否已经加载到内存：

如果没有被加载到内存，则从系统库路径搜索并且加载到相关的动态库。
如果动态库已经被加载到内存，程序可以直接使用而无需加载。

应用程序在自身加载时和运行过程中动态链接和加载动态库。

3.2 动态库的创建和使用

3.2.1 环境准备

创建根文件夹 dynamicDemo:

1	[root@VM_120_243_centos ~]# mkdir dynamicDemo

创建子文件夹 include，用于存放所有头文件：

1 2	[root@VM_120_243_centos ~]# cd dynamicDemo/ [root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# mkdir include

进入 include 文件夹，编写 myLib.h 文件，申明 printInfo() 函数：

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# cd include/
[root@VM_120_243_centos include]# vim myLib.h
[root@VM_120_243_centos include]# cat myLib.h 
void printInfo();

进入上层目录，创建 lib 文件夹，用于存放所有库文件，再其中编写 print.c 文件，使用了 myLib.h 中的 printInfo() 函数：

[root@VM_120_243_centos include]# cd ..
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# mkdir lib
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# cd lib/
[root@VM_120_243_centos lib]# vim print.c
[root@VM_120_243_centos lib]# cat print.c 
#include <stdio.h>
#include "myLib.h"

void printInfo()
{
	printf("print from print.c file...\n");
}

进入上层目录，编写 main.c 文件，用于测试：

[root@VM_120_243_centos lib]# cd ..
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# vim main.c
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# cat main.c 
#include <stdio.h>
#include "myLib.h"

int main(void)
{
	printf("print from main.c file...\n");
	printInfo();
	return 0;
}

准备工作到此完成，整个目录结构如下：

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# tree
.
├── include
│   └── myLib.h
├── lib
│   └── print.c
└── main.c

2 directories, 3 files

3.2.2 生成动态库

进入lib文件夹，给 gcc 加入 -fPIC 参数，生成 print.o 文件：

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# cd lib/
[root@VM_120_243_centos lib]# gcc -c print.c -fPIC -I../include/ -o print.o
[root@VM_120_243_centos lib]# ls
print.c  print.o

使用 gcc 的 -shared 参数生成动态库 libprint.so：

1
2
3

[root@VM_120_243_centos lib]# gcc -shared print.o -o libprint.so
[root@VM_120_243_centos lib]# ls
libprint.so  print.c  print.o

3.2.3 生成可执行文件

进入 dynamicDemo 目录，链接库并生成可执行文件：

1	[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# gcc main.c -I./include/ -L./lib/ -lprint -o main

注意：如果同一目录下同时存在同名的动态库和静态库，比如 libprint.so 和 libprint.a 都在当前路径下，则 gcc 会优先链接动态库。

执行可执行文件：

1 2	[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# ./main ./main: error while loading shared libraries: libprint.so: cannot open shared object file: No such file or directory

系统报错找不到 libprint.so，原来 Linux 是通过 /etc/ld.so.cache 文件搜寻要链接的动态库的。而 /etc/ld.so.cache 是 ldconfig 程序读取 /etc/ld.so.conf 文件生成的。（注意，/etc/ld.so.conf 中并不必包含 /lib 和 /usr/lib，ldconfig 程序会自动搜索这两个目录）

这里我们指定环境变量来找到动态库路径，在下一节中会有详细介绍:

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3

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# LD_LIBRARY_PATH=./lib/ ./main
print from main.c file...
print from print.c file...

3.3 设置动态库的搜索路径

3.3.1 LD_LIBRARY_PATH

LD_LIBRARY_PATH 是 Linux 环境变量名，该环境变量主要用于在查找动态库时搜索默认路径之外的其他路径。

通常，Linux 搜索动态库的默认路径是 /lib 和 /usr/lib。LD_LIBRARY_PATH 路径优先级大于系统默认路径。

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# gcc main.c -I./include/ -L./lib/ -lprint -o main
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# LD_LIBRARY_PATH=./lib/ ./main
print from main.c file...
print from print.c file...

3.3.2 rpath

gcc的 -Wl,-rpath 选项在编译链接时指定动态库路径，并且将动态库路径保存到可执行文件中。运行可执行文件时直接到该路径下查找动态库，而不依赖于默认路径或者环境变量。

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# gcc main.c -I./include/ -L./lib/ -lprint -Wl,-rpath=./lib -o main
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# ./main 
print from main.c file...
print from print.c file...

采用这种方式，每个程序可以设定独立的动态库位置，而不会像 LD_LIBRARY_PATH 环境变量那样影响其他程序。

3.3.3 ldconfig

ldconfig 是一个动态链接库管理命令。该命令的用途是在默认路径（/lib 和 /usr/lib）以及动态库配置文件 /etc/ld.so.conf 内所包含的目录下，搜索动态库，然后为动态载入程序（ld.so）创建动态库列表的缓存文件（/etc/ld.so.cache）。

3.3.3.1 加入标准路径

这里以放入 /usr/lib 文件夹为例：

1	[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# cp ./lib/libprint.so /usr/lib/

更新缓存：

1	[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# ldconfig

查看动态库：

1 2	[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# ldconfig -p \| grep libprint.so libprint.so (libc6,x86-64) => /lib/libprint.so

编译执行：

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# gcc main.c -I ./include/ -L ./lib/ -lprint -o main
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# ./main 
print from main.c file...
print from print.c file...

3.3.3.2 加入配置文件

首先查看 /etc/ld.so.conf 文件：

1 2	[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# cat /etc/ld.so.conf include ld.so.conf.d/*.conf

可以看到其包含了 ld.so.conf.d 目录，因此自定义配置文件 libprint.conf 加入到 /etc/ld.so.conf.d 文件夹中，配置文件中包含该程序的动态库路径：

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# pwd
/root/dynamicDemo
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# vim /etc/ld.so.conf.d/libprint.conf
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# cat /etc/ld.so.conf.d/libprint.conf
/root/dynamicDemo/lib

更新缓存：

1	[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# ldconfig

查看动态库：

1 2	[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# ldconfig -p \| grep libprint.so libprint.so (libc6,x86-64) => /root/dynamicDemo/lib/libprint.so

编译执行：

[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# gcc main.c -I ./include/ -L ./lib/ -lprint -o main
[root@VM_120_243_centos dynamicDemo]# ./main 
print from main.c file...
print from print.c file...