linux静态链接库与动态链接库详解

通常情况下，对函数库的链接是放在编译时期(compile time)完成的.所有相关的对象文件(object file)与牵涉到的函数库(library)被链接合成一个可执行文件(executable file).程序在运行时，与函数库再无瓜葛，因为所有需要的函数已拷贝到自己门下。所以这些函数库被成为静态库(static libaray),通常文件名为"libxxx.a"的形式.
其实，我们也可以把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期(runtime).这就是如雷贯耳的动态链接库(dynamic link library)技术.

二动态链接库的特点与优势
首先让我们来看一下，把库函数推迟到程序运行时期载入的好处：
1.可以实现进程之间的资源共享。
什么概念呢？就是说，某个程序的在运行中要调用某个动态链接库函数的时候，操作系统首先会查看所有正在运行的程序，看在内存里是否已有此库函数的拷贝了。如果有，则让其共享那一个拷贝；只有没有才链接载入。这样的模式虽然会带来一些“动态链接”额外的开销，却大大的节省了系统的内存资源。C的标准库就是动态链接库，也就是说系统中所有运行的程序共享着同一个C标准库的代码段.
2.将一些程序升级变得简单。用户只需要升级动态链接库，而无需重新编译链接其他原有的代码就可以完成整个程序的升级。Windows 就是一个很好的例子。
3.甚至可以真正坐到链接载入完全由程序员在程序代码中控制。
程序员在编写程序的时候，可以明确的指明什么时候或者什么情况下，链接载入哪个动态链接库函数。你可以有一个相当大的软件，但每次运行的时候，由于不同的操作需求，只有一小部分程序被载入内存。所有的函数本着“有需求才调入”的原则，于是大大节省了系统资源。比如现在的软件通常都能打开若干种不同类型的文件，这些读写操作通常都用动态链接库来实现。在一次运行当中，一般只有一种类型的文件将会被打开。所以直到程序知道文件的类型以后再载入相应的读写函数，而不是一开始就将所有的读写函数都载入，然后才发觉在整个程序中根本没有用到它们。

三、静态动态链接库的创建
由于动态链接库函数的共享特性，它们不会被拷贝到可执行文件中。在编译的时候，编译器只会做一些函数名之类的检查。在程序运行的时候，被调用的动态链接库函数被安置在内存的某个地方，所有调用它的程序将指向这个代码段。因此，这些代码必须实用相对地址，而不是绝对地址。在编译的时候，我们需要告诉编译器，这些对象文件是用来做动态链接库的，所以要用地址不无关代码（Position Independent Code （PIC））.
源码如下:
zj@zj:~/C_pram/practice$ cat fun.c
#include<stdio.h>
void mylib1()
{
printf("library1 routine called\n");
}
void mylib2()
{
printf("library2 routine called\n");
}
zj@zj:~/C_pram/practice$ cat call.c
main()
{
mylib1();
mylib2();
return 0;
}
静态链接库创建:
zj@zj:~/C_pram/practice$ gcc -c fun.c
zj@zj:~/C_pram/practice$ ar cqs libfun.a fun.o

zj@zj:~/C_pram/practice$ cp libfun.a /usr/lib

zj@zj:~/C_pram/practice$ gcc call.c -o call -lfun

zj@zj:~/C_pram/practice$ ./call
library1 routine called
library2 routine called

动态链接库创建:
/*生成动态链接库*/
zj@zj:~/C_pram/practice$ gcc fun.c -fPIC -shared -o libfun.so
/*-L指定查找动态链接库的路径,-lfun实际就是查找libfun.so*/
zj@zj:~/C_pram/practice$ gcc call.c -L. -lfun -o fun_dyn_call
/*未指定环境变量LD_LIBRARY_PATH*/
zj@zj:~/C_pram/practice$ ./fun_dyn_call
./fun_dyn_call: error while loading shared libraries: libfun.so: cannot open shared object file: No such file or directory
zj@zj:~/C_pram/practice$ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:~/C_pram/practice
zj@zj:~/C_pram/practice$ ./fun_dyn_call
library1 routine called
library2 routine called



static,表示创建静态链接库,shared 标签告诉编译器这是要建立动态链接库。这与静态链接库的建立很不一样，后者用的是 ar 命令。也注意到,静态链接库的名字形式为 "libxxx.a" 后缀名为 ".a",动态链接库的名字形式为 "libxxx.so" 后缀名为 ".so"


使用动态链接库，首先需要在编译期间让编译器检查一些语法与定义。
这与静态库的实用基本一样，用的是 -Lpath 和 -lxxx 标签。如：
gcc call.c -L. -lfun -o fun_dyn_call

编译器会先在path文件夹下搜索libxxx.so文件，如果没有找到，继续搜索libxxx.a（静态库）。

四、LD_LIBRARY_PATH环境变量的设置
在程序运行期间，也需要告诉系统去哪里找你的动态链接库文件。在UNIX下是通过定义名为 LD_LIBRARY_PATH 的环境变量来实现的。只需将path赋值给此变量即可。
为了让执行程序顺利找到动态库，有三种方法：
(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libhello.so在/home/ting /lib目录下，以bash为例，使用命令：
$export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:~/C_pram/practice
在环境变量LD_LIBRARY_PATH后添加~/C_pram/practice
(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sudo ldconfig刷新(需要超级用户权限)。这样，加入的目录下的所有库文件都可见.
ubuntu下:
zj@zj:~/C_pram/practice$ cat /etc/ld.so.conf
include /etc/ld.so.conf.d/*.conf
zj@zj:~/C_pram/practice$ ls /etc/ld.so.conf.d/
i486-linux-gnu.conflibc.conf
original:
zj@zj:~/C_pram/practice$ cat /etc/ld.so.conf.d/libc.conf
# libc default configuration
/usr/local/lib
after:
zj@zj:~/C_pram/practice$ cat /etc/ld.so.conf.d/libc.conf
# libc default configuration
/usr/local/lib
/home/zj/C_pram/practice
当然由于ld.so.conf包含/etc/ld.so.conf.d/*.conf,你也可以自己新建个文件vi /etc/ld.so.conf.d/myownlib.conf,然后在其中输入/home/zj/C_pram/practice.这种方法实现的reboot后应该也可以,我还没有reboot重启后告诉大家阿,或者你可以告诉我.

五.查看库中的符号
一切安排妥当后，再使用ldd命令查看可执行文件依赖于哪些库,针对动态哦
zj@zj:~/C_pram/practice$ ldd fun_static_call
not a dynamic executable
zj@zj:~/C_pram/practice$ ldd fun_dyn_call
linux-gate.so.1 =>(0xb7f06000)
libfun.so => /home/zj/C_pram/practice/libfun.so (0xb7f02000)
libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0xb7da1000)
/lib/ld-linux.so.2 (0xb7f07000)

http://blog.chinaunix.net/u2/76292/showart.php?id=1274181

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库有动态与静态两种，动态通常用.so为后缀，静态用.a为后缀。例如：libhello.so libhello.a
为了在同一系统中使用不同版本的库，可以在库文件名后加上版本号为后缀,例如： libhello.so.1.0,由于程序连接默认以.so为文件后缀名。所以为了使用这些库，通常使用建立符号连接的方式。
ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1
ln -s libhello.so.1 libhello.so
使用库
当 要使用静态的程序库时，连接器会找出程序所需的函数，然后将它们拷贝到执行文件，由于这种拷贝是完整的，所以一旦连接成功，静态程序库也就不再需要了。然 而，对动态库而言，就不是这样。动态库会在执行程序内留下一个标记‘指明当程序执行时，首先必须载入这个库。由于动态库节省空间，linux下进行连接的 缺省操作是首先连接动态库，也就是说，如果同时存在静态和动态库，不特别指定的话，将与动态库相连接。
现在假设有一个叫hello的程序开发包，它提供一个静态库libhello.a 一个动态库libhello.so,一个头文件hello.h,头文件中提供sayhello()这个函数
/* hello.h */
void sayhello();
另外还有一些说明文档。这一个典型的程序开发包结构
1.与动态库连接
linux默认的就是与动态库连接，下面这段程序testlib.c使用hello库中的sayhello()函数
/*testlib.c*/
#include
#include
int main()
{
sayhello();
return 0;
}
使用如下命令进行编译
$gcc -c testlib.c -o testlib.o
用如下命令连接：
$gcc testlib.o -lhello -o testlib
在连接时要注意，假设libhello.o 和libhello.a都在缺省的库搜索路径下/usr/lib下，如果在其它位置要加上-L参数
与与静态库连接麻烦一些，主要是参数问题。还是上面的例子：
$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello
注：这个特别的"-WI，-Bstatic"参数，实际上是传给了连接器ld.
指示它与静态库连接，如果系统中只有静态库当然就不需要这个参数了。
如果要和多个库相连接，而每个库的连接方式不一样，比如上面的程序既要和libhello进行静态连接，又要和libbye进行动态连接，其命令应为：
$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello -WI,-Bdynamic -lbye
3.动态库的路径问题
为了让执行程序顺利找到动态库，有三种方法：
(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libhello.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、
4.查看库中的符号
有 时候可能需要查看一个库中到底有哪些函数，nm命令可以打印出库中的涉及到的所有符号。库既可以是静态的也可以是动态的。nm列出的符号有很多，常见的有 三种，一种是在库中被调用，但并没有在库中定义(表明需要其他库支持)，用U表示；一种是库中定义的函数，用T表示，这是最常见的；另外一种是所谓的“弱 态”符号，它们虽然在库中被定义，但是可能被其他库中的同名符号覆盖，用W表示。例如，假设开发者希望知道上央提到的hello库中是否定义了 printf():
$nm libhello.so |grep printf
U printf
U表示符号printf被引用，但是并没有在函数内定义，由此可以推断，要正常使用hello库，必须有其它库支持，再使用ldd命令查看hello依赖于哪些库：
$ldd hello
libc.so.6=>/lib/libc.so.6(0x400la000)
/lib/ld-linux.so.2=>/lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)
从上面的结果可以继续查看printf最终在哪里被定义，有兴趣可以go on
生成库
第一步要把源代码编绎成目标代码。以下面的代码为例，生成上面用到的hello库：

/* hello.c */
#include
void sayhello()
{
printf("hello,world\n");
}
用gcc编绎该文件，在编绎时可以使用任何全法的编绎参数，例如-g加入调试代码等：
gcc -c hello.c -o hello.o
1.连接成静态库
连接成静态库使用ar命令，其实ar是archive的意思
$ar cqs libhello.a hello.o
2.连接成动态库
生成动态库用gcc来完成，由于可能存在多个版本，因此通常指定版本号：
$gcc -shared -Wl,-soname,libhello.so.1 -o libhello.so.1.0 hello.o
另外再建立两个符号连接：
$ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1
$ln -s libhello.so.1 libhello.so
这样一个libhello的动态连接库就生成了。最重要的是传gcc -shared 参数使其生成是动态库而不是普通执行程序。
-Wl 表示后面的参数也就是-soname,libhello.so.1直接传给连接器ld进行处理。实际上，每一个库都有一个soname，当连接器发现它正 在查找的程序库中有这样一个名称，连接器便会将soname嵌入连结中的二进制文件内，而不是它正在运行的实际文件名，在程序执行期间，程序会查找拥有 soname名字的文件，而不是库的文件名，换句话说，soname是库的区分标志。
这样做的目的主要是允许系统中多个版本的库文件共存，习惯上在命名库文件的时候通常与soname相同
libxxxx.so.major.minor
其中，xxxx是库的名字，major是主版本号，minor 是次版本号