程序編譯與執(zhí)行的那些事(2):靜態(tài)鏈接庫碟联、動態(tài)鏈接庫

以下內(nèi)容都是對于源文件main.c


main.c

靜態(tài)鏈接庫(Static Link Library)

靜態(tài)鏈接庫文件中包含函數(shù)代碼本身荣病,在編譯時直接將代碼加入程序當(dāng)中。
靜態(tài)鏈接庫是obj文件的一個集合谭期,擴(kuò)展名為.a蛉谜,名字格式一般為libxxx.a。

內(nèi)容

靜態(tài)鏈接庫包括兩個文件:
(1).h頭文件崇堵,包含靜態(tài)鏈接庫中說明輸出的類或符號原型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)型诚。應(yīng)用程序調(diào)用靜態(tài)鏈接庫時,需要將該文件包含入應(yīng)用程序的源文件中鸳劳。
(2).lib文件狰贯,放到固定位置,在應(yīng)用程序中添加庫目錄赏廓,在附加依賴項中進(jìn)行添加涵紊。

生成

步驟:

  1. 生成目標(biāo)文件(.o)
  2. 使用程序ar對目標(biāo)文件進(jìn)行歸檔
// 生成`main.o`文件
$ clang -c main.c
// 生成`libhello.a`靜態(tài)鏈接庫
$ ar -rcs libhello.a main.o
生成靜態(tài)鏈接庫

使用

// 生成二進(jìn)制文件:1.絕對、相對路徑指定靜態(tài)鏈接庫
$ clang -o main main.c libhello.a
// 生成二進(jìn)制文件:2.使用-l參數(shù)幔摸,在系統(tǒng)目錄下查找靜態(tài)鏈接庫
$ clang -o main main.c -lhello
// 生成二進(jìn)制文件:3.使用-l參數(shù)摸柄,在指定目錄查找靜態(tài)鏈接庫
$ clang -o main main.c -L./ -lhello

動態(tài)鏈接庫(Dynamic Link Library)

動態(tài)鏈接庫文件包含了函數(shù)所在的DLL文件和文件中函數(shù)位置的信息(入口),代碼由運(yùn)行時加載在進(jìn)程空間中的DLL提供既忆。
動態(tài)庫是程序運(yùn)行時加載的庫驱负,擴(kuò)展名為.so。

內(nèi)容

動態(tài)鏈接庫包括三個文件:
(1).h頭文件患雇,包含動態(tài)鏈接庫中說明輸出的類或符號原型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的.h文件跃脊。應(yīng)用程序調(diào)用動態(tài)鏈接庫時,需要將該文件包含入應(yīng)用程序的源文件中苛吱。
(2).lib文件酪术,是動態(tài)鏈接庫在編譯、鏈接成功之后生成的文件翠储,作用是當(dāng)其他應(yīng)用程序調(diào)用.dll時绘雁,需要將該文件引入應(yīng)用程序,否則產(chǎn)生錯誤援所。如果不想用.lib文件或者沒有.lib文件庐舟,可以用WIN32 API函數(shù)LoadLibrary、GetProcAddress裝載任斋。
(3).dll文件继阻,真正的可執(zhí)行文件,開發(fā)成功后的應(yīng)用程序在發(fā)布時废酷,只需要有.exe文件和.dll文件瘟檩,并不需要.lib文件和.h頭文件。

生成

庫中函數(shù)和變量的地址是相對地址澈蟆,不是絕對地址墨辛,真實(shí)地址在調(diào)用動態(tài)庫的程序加載時形成。
動態(tài)庫的名稱有別名(soname),真名(realname)和鏈接名(linker name)趴俘。

  • 真名是動態(tài)庫的真實(shí)名稱睹簇,一般總是在別名的基礎(chǔ)上加上一個小的版本號奏赘,發(fā)布版本構(gòu)成
  • 別名由一個前綴lib,然后是庫的名字加上.so構(gòu)成
  • 鏈接名太惠,即程序鏈接時使用的庫的名字
    在動態(tài)鏈接庫安裝的時候總是復(fù)制庫文件到某個目錄磨淌,然后用軟連接生成別名,在庫文件進(jìn)行更新的時候僅僅更新軟連接即可凿渊。

-fPIC

fPIC的全稱是 Position Independent Code梁只, 用于生成位置無關(guān)代碼。
位置無關(guān)代碼:個人理解是代碼無絕對跳轉(zhuǎn)埃脏,跳轉(zhuǎn)都為相對跳轉(zhuǎn)搪锣。

填加-fPIC選項
使用-fPIC選項生成的動態(tài)庫,顯然是位置無關(guān)的彩掐。
“這樣的代碼本身就能被放到線性地址空間的任意位置构舟,無需修改就能正確執(zhí)行。通常的方法是獲取指令指針的值堵幽,加上一個偏移得到全局變量/函數(shù)的地址狗超。”

$ clang -fPIC -shared -Wl,-soname,libhello.so -o libhello.so.1 main.c
  • -shared:告訴編譯器生成一個動態(tài)鏈接庫
  • -soname:指示生成的動態(tài)鏈接庫的別名(這里是libhello.so)
  • -o:指示實(shí)際生成的動態(tài)鏈接庫(這里是libhello.so.1)


    使用-fPIC選項

不添加-fPIC選項
不添加-fPIC選項也可以生成.so文件谐檀,但是對源文件有要求:eg.不能引用其他地方的代碼抡谐,如<stdio.h>
這是因?yàn)椴患?fPIC選項的.so文件在加載到用戶程序的地址空間時重定向所有表目。
對于main.c生成libhello.so桐猬,以下命令將報錯:

$ clang -fPIC -shared -Wl,-soname,libhello.so -o libhello.so.1 main.c
不使用-fPIC選項

配置

生成(獲取)動態(tài)鏈接庫之后一個很重要的問題就是安裝刽肠。
當(dāng)動態(tài)庫正確安裝后溃肪,所有的程序都可以使用動態(tài)庫運(yùn)行程序。
配置思路有兩種:

  1. 復(fù)制到系統(tǒng)默認(rèn)的動態(tài)鏈接庫的搜索路徑下音五,通常有/lib惫撰,/usr/lib,/usr/local/lib躺涝,放到其中任何一個目錄下都可以厨钻。
  2. 指定系統(tǒng)的動態(tài)鏈接庫搜索的路徑,讓系統(tǒng)找到運(yùn)行所需要的動態(tài)鏈接庫才可以坚嗜。

一般我們不選擇第一種夯膀,因?yàn)檫@種做法會污染系統(tǒng)庫
系統(tǒng)中的配置文件/etc/ld.so.conf是動態(tài)鏈接庫的搜索路徑配置文件。這這個文件內(nèi)苍蔬,存放著可被Linux共享的動態(tài)鏈接庫所在目錄的名字(系統(tǒng)目錄/lib诱建,/usr/lib除外,這兩個目錄默認(rèn)就是動態(tài)鏈接庫的搜索路徑)碟绑,多個目錄名間以空白字符(空格俺猿、換行等)或冒號或逗號分割茎匠。

查看系統(tǒng)中的動態(tài)鏈接庫配置文件的內(nèi)容:

$ cat /etc/ld.so.conf

Linux的配置文件將目錄ld.so.conf.d/中的配置文件包含了進(jìn)來。

使用

coding時顯式調(diào)用

顯式調(diào)用的含義是代碼出現(xiàn)庫文件名押袍,用戶需要自己去打開和管理庫文件诵冒。
要點(diǎn):將dlfcn.h系統(tǒng)頭文件包含進(jìn)程序
主要有函數(shù)dlopen()、dlerror()谊惭、dlsym()和dlclose()來控制動態(tài)庫的使用汽馋。

編譯使用

  1. 把當(dāng)前工作目錄(libhello.so.1所在的目錄)加入動態(tài)鏈接庫的搜索路徑配置文件/etc/ld.so.conf中
include ld.so.conf/*.conf
/home/katherine/workspace/dlib
  1. 執(zhí)行l(wèi)dconfig命令刷新緩存文件/etc/ld.so.cache
$ ldconfig

我們會發(fā)現(xiàn),執(zhí)行l(wèi)dconfig命令后午笛,當(dāng)前目錄下生成了一個新的文件libhello.so(這是-soname,libhello.so選項導(dǎo)致的惭蟋,如果沒有該選項,那么ldconfig執(zhí)行后不會生成新文件libhello.so药磺。)告组,使用ls -a命令會發(fā)現(xiàn)此文件是libhello.so.1的鏈接文件

  1. 在編譯程序時,使用動態(tài)鏈接庫和靜態(tài)鏈接庫是一致的癌佩,使用"-lxxx"的方式
$ clang -o main main.c -L./ -lhello

注意

如果系統(tǒng)的搜索路徑下同時存在靜態(tài)鏈接庫和動態(tài)鏈接庫木缝,默認(rèn)情況下會鏈接動態(tài)鏈接庫。如果需要強(qiáng)制鏈接靜態(tài)鏈接庫围辙,需要加上"-satic"選項我碟。

$ clang -o main main.c -L./ -static -lhello

靜態(tài)鏈接庫和動態(tài)鏈接庫的優(yōu)缺點(diǎn)

靜態(tài)鏈接庫由程序ar生成,可以再不用重新編譯程序庫代碼的情況下姚建,進(jìn)行程序的重新鏈接矫俺,這種方法節(jié)省了編譯過程的時間。
靜態(tài)庫的另一個優(yōu)勢是開發(fā)者可以提供庫文件給使用人員不用開放源代碼掸冤。
使用靜態(tài)編譯的.lib文件厘托,在運(yùn)行程序時不需要再掛動態(tài)庫,缺點(diǎn)是導(dǎo)致應(yīng)用程序比較大稿湿,而且失去了動態(tài)庫的靈活性铅匹,發(fā)布新版本時要發(fā)布新的應(yīng)用程序才行。

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