周易成记 Lib 库使用学习库使用学习笔记笔记 一、一、 Chapter 1. 为什么使用库文件为什么使用库文件 我们在实际编程工作中肯定会遇到这种情况：有几个项目里有一些函数模块的功能相同， 实现代码也相同，也是我们所说的重复代码。比如，很多项目里都有一个用户验证的功能。 代码段如下： /UserLogin.h 文件，提供函数声明 int IsValidUser(char* username, int namelen); /UserLogin.c 文件，实现对用户信息的验证 int IsValidUser(char* username, int namelen) int IsValid = 0; /*下面是具体的处理代码，略去*/ return IsValid; 如果每个项目都保存着这两个 UserLogin.h 和 UserLogin.c 文件，会有以下几个弊端: 1.每个项目里都有重复的模块，造成代码重复。 2.代码的重用性不好，一旦 IsValidUser 的代码发生了变化，为了保持设计的一致性， 我们还要手工修改其他项目里的 UserLogin.c 文件，既费时又费力，还容易出错。 库文件就是对公共代码的一种组织形式。 为了解决上面两个弊端，就提出了用库文件存放公共代码的解决方案，其要点就是把公共 的（也就是可以被多次复用的）目标代码从项目中分离出来，统一存放到库文件中，项目 要用到这些代码的时候，在编译或者运行的时候从库文件中取得目标代码即可。库文件又 分两种：静态库和动态库。 二、二、 Chapter 2. 静态库和动态库静态库和动态库 简单的说，如果程序是在编译时加载库文件的，就是使用了静态库，静态库的文件名格式 是“lib*.a“。如果是在运行时加载目标代码，就成为动态库，动态库的文件名格式是 “lib*.so.*“。换句话说，如果是使用静态库，则静态库代码在编译时就拷贝到了程序的代码 段，程序的体积会膨胀。如果使用动态库，则程序中只保留库文件的名字和函数名，在运 行时去查找库文件和函数体，程序的体积基本变化不大。 静态库的原则是“以空间换时间”，增加程序体积，减少运行时间；动态库则是“以时间换空 间”，增加了运行时间，但减少了程序本身的体积。在附录的 PIC 部分，也会做一些说明。 周易成记 从文件的格式角度讲，静态库的本质是一种档案文件（.o 文件的集合） ，其中包含了一个内 容索引 （也可以不包含，但没有索引的静态库不能用来链接，在附录的 ar 和各个模块既. o 文件；而动态库是 ELF 格式的文件，可以被用来加载和执行，而静态库不可以。 还有一种库文件，共享库。看到网上有些资料说，动态库就是共享库的一种变种， 由于没 有使用到，没有详细研究。 有时候，会在目录中看到以“.la“或“.lo“结尾的文件，这些是 GNU 的工具 libtool 生成和使用 的文件， 用来说明实际库文件的使用信息和以来关系，详细的内容会在以后 automake autoconf and libtool 的文档中介绍。 三、三、 Chapter 3. 静态库的生成和使用静态库的生成和使用 3.1. 制作最简单的静态库文件制作最简单的静态库文件 编写如下两个文件，放在同一目录中： mylib.h /静态库头文件 void test(); mylib.c /静态库实现文件 #include void test() printf(“hello world./n“); 使用下边的命令生成静态库： gcc -c mylib.c ar rc libmy.a mylib.o 这样就生成了静态库 libmy.a，注意一定要以 lib*.a 这样的格式命名，否则链接器 ld 不能识 别。 使用命令“file libmy.a“看看它的格式，是一个档案文件。我们可以使用 nm 查看它的 内部构成： root Benson libtest# nm libmy.a libmy.o: U printf 00000000 T test 这表示静态库有模块 libmy.o，在使用的时候，gcc 会根据需要将函数名得到模块，然后从 周易成记 静态库中 提取出对应的“.o“文件的内容，然后用来链接，就是使用单独的“.o“文件一样。 3.2. 使用库文件使用库文件 编写一个测试程序 main.c，内容为： #include “mylib.h“ int main(void) test(); return 0; 由于需要调用 libmy.a 中的 test 函数，所以在编译时，需通过“-L -l“参数指定链接这个库： gcc -I./ -o main main.c -L./ -lmy 通过-I 和-L 参数制定了 gcc 的头文件和库文件搜索路径为当前目录，也可以根据需要指定 为其他目录。 生成执行文件 main 后，执行命令“file main“,可以看到： root Benson libtest# file main main: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.2.5, staticlly linked (uses shared libs), not stripped 运行，看到结果，成功。 四、四、 Chapter 4. 动态库的生成和使用动态库的生成和使用 4.1. 制作最简单的动态库文件制作最简单的动态库文件 我们同样使用上边的 mylib.h 和 mylib.c 文件，但使用不同的命令生成库文件： gcc -fpic -shared libmy.so libmy.c 这样就生成了动态库文件 libmy.so，-fpic 这个选项指定是否使用 PIC，这个选项的使用需要 系统平台的支持，一般建议添加，如果不支持，gcc 会报错。 生成 libmy.so 后，使用“file libmy.so“命令，可以看到是一个 ELF 格式的文件，这说明共享库 的 使用需要通过符号解析和重定位加载入内存才能使用。 4.2. 动态库的隐式调用动态库的隐式调用 动态库有两种使用方法，隐式调用和显示调用。隐式调用的方法跟静态库的使用方法一样， 都是通过 gcc 的“-I -L“参数指定库文件的路径，如果同一个库文件，在系统中同时存在静态 周易成记 库和动态库，默认情况下 gcc 主动链接动态库。但也可以通过 gcc 的“-static“选项，强制指 定使用静态库。 gcc -I./ -o main main.c -L./ -lmy # 使用动态库生成 main gcc main.c ./libmy.so -o main # 使用动态库生成 main，不同的地方在于指定了 libmy.so 的加载路径，这种用法很少用。详细的内容附录 ld.so gcc -static -I./ -o main main.c -L./ -lmy # 使用静态库生成 main 输入“file main“命令，可以看到： root Benson libtest# file main main: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.2.5, dynamically linked (uses shared libs), not stripped 运行程序，报错： root Benson libtest# ./main ./main: error while loading shared libraries: libmy.so: cannot open shared object file: No such file or directory 没有找到 libmy.so 这个动态库，我这个库文件就在当前目录下？ 4.3. 使动态库被系统共享的方法使动态库被系统共享的方法 前边已经说过动态库需要加载到内存中，才能使用。注意，链接和加载是两码事， 链接发 生在生成可执行程序的阶段，加载发生在运行阶段。gcc 的“-I -L“参数只是保证在链接阶段 指定文件路径，和加载无关，当然也有办法可以使链接阶段的路径信息在加载阶段起作用， 这些涉及到 gcc 的详细用法，和可执行文件的格式，附录中会简单介绍一些。运行时的加 载的工作 不是由 main 完成的，而是由/lib/ld.so（不同平台会有些出入）完成。他有自己 的查找动态连接库的规则， 所以在不更新 ld.so 的查找路径的情况下，会出现上边的错误。 根据 ld.so 的 man 手册，ld.so 共有六种方式查找需要的动态库，这里只介绍常用的三种方 式，详细的 内容见附录 ld.so 1.按照环境变量 LD_LIBRARY_PATH 的内容查找（setuid 类的程序排除） 2.在库高速缓存文件 ld.so.conf 中给出的路径查找 3.在/lib，/usr/lib 目录下查找 相对应的，可以分别通过设置环境变量 LD_LIBRARY_PATH，通过在 ld.so.conf 文件中添加路 径和将 动态库文件复制到/lib、/usr/lib 目录下，使动态库可以在加载时被找到。 root Benson libtest# export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/pwd root Benson libtest# cat pwd /etc/ld.so.conf ; ldconfig root Benson libtest# cp libmy.so /lib -f 以上三种方式都可以工作。关于 ldconfig 的使用详解，见 附录 ldconfig 周易成记 此时再执行 main，可以正常运行了。 通过 ldd 命令，可以看到 main 程序依赖于 libmy.so。 root Benson libtest# ldd main libtest.so = not found libc.so.6 = /lib/tls/libc.so.6 (0x42000000) /lib/ld-linux.so.2 = /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000) 4.4. 动态库的显式调用动态库的显式调用 动态库的显示调用，也需要库文件被加载到内存中。但是使用方法和静态库完全不同。需 要系统 调用dlopen dlsym dlclose dlerror 的支持。可以使用同一个 libmy.so 文件，但是 需要新的测试文件 ： /* main.c 测试动态库显式调用的程序 */ #include /用于动态库管理的系统头文件 #include “libmy.h“ /要把函数的头文件包含进来，否则编译时会报错 int main(void) /* 声明对应的函数的函数指针 */ void (*pTest)(); /* 加载动态库 */ void *pdlHandle = dlopen(“libtest.so“, RTLD_LAZY); /* 错误处理 */ if(pdlHandle = NULL ) printf(“Failed load library/n“); return -1; char* pszErr = dlerror(); if(pszErr != NULL) printf(“%s/n“, pszErr); return -1; /* 获取函数的地址 */ pTest = dlsym(pdlHandle, “test“); pszErr = dlerror(); if(pszErr != NULL) 周易成记 printf(“%s/n“, pszErr); dlclose(pdlHandle); return -1; /* 实现函