程序編譯與執(zhí)行的那些事(2):靜態(tài)鏈接庫、動(dòng)態(tài)鏈接庫

以下內(nèi)容都是對(duì)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,在編譯時(shí)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(gè)集合,擴(kuò)展名為.a,名字格式一般為libxxx.a。

內(nèi)容

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

生成

步驟:

  1. 生成目標(biāo)文件(.o)
  2. 使用程序ar對(duì)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(duì)、相對(duì)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),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),在指定目錄查找靜態(tài)鏈接庫
$ clang -o main main.c -L./ -lhello

動(dòng)態(tài)鏈接庫(Dynamic Link Library)

動(dòng)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(shí)加載在進(jìn)程空間中的DLL提供。
動(dòng)態(tài)庫是程序運(yùn)行時(shí)加載的庫,擴(kuò)展名為.so。

內(nèi)容

動(dòng)態(tài)鏈接庫包括三個(gè)文件:
(1).h頭文件,包含動(dòng)態(tài)鏈接庫中說明輸出的類或符號(hào)原型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的.h文件。應(yīng)用程序調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫時(shí),需要將該文件包含入應(yīng)用程序的源文件中。
(2).lib文件,是動(dòng)態(tài)鏈接庫在編譯、鏈接成功之后生成的文件,作用是當(dāng)其他應(yīng)用程序調(diào)用.dll時(shí),需要將該文件引入應(yīng)用程序,否則產(chǎn)生錯(cuò)誤。如果不想用.lib文件或者沒有.lib文件,可以用WIN32 API函數(shù)LoadLibrary、GetProcAddress裝載。
(3).dll文件,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(shí),只需要有.exe文件和.dll文件,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(duì)地址,不是絕對(duì)地址,真實(shí)地址在調(diào)用動(dòng)態(tài)庫的程序加載時(shí)形成。
動(dòng)態(tài)庫的名稱有別名(soname),真名(realname)和鏈接名(linker name)。

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

-fPIC

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

填加-fPIC選項(xiàng)
使用-fPIC選項(xiàng)生成的動(dòng)態(tài)庫,顯然是位置無關(guān)的。
“這樣的代碼本身就能被放到線性地址空間的任意位置,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,加上一個(gè)偏移得到全局變量/函數(shù)的地址?!?/p>

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


    使用-fPIC選項(xiàng)

不添加-fPIC選項(xiàng)
不添加-fPIC選項(xiàng)也可以生成.so文件,但是對(duì)源文件有要求:eg.不能引用其他地方的代碼,如<stdio.h>
這是因?yàn)椴患?fPIC選項(xiàng)的.so文件在加載到用戶程序的地址空間時(shí)重定向所有表目。
對(duì)于main.c生成libhello.so,以下命令將報(bào)錯(cuò):

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

配置

生成(獲?。﹦?dòng)態(tài)鏈接庫之后一個(gè)很重要的問題就是安裝。
當(dāng)動(dòng)態(tài)庫正確安裝后,所有的程序都可以使用動(dòng)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(dòng)態(tài)鏈接庫的搜索路徑下,通常有/lib,/usr/lib,/usr/local/lib,放到其中任何一個(gè)目錄下都可以。
  2. 指定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫搜索的路徑,讓系統(tǒng)找到運(yùn)行所需要的動(dòng)態(tài)鏈接庫才可以。

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

查看系統(tǒng)中的動(dòng)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(shí)顯式調(diào)用

顯式調(diào)用的含義是代碼出現(xiàn)庫文件名,用戶需要自己去打開和管理庫文件。
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()、dlsym()和dlclose()來控制動(dòng)態(tài)庫的使用。

編譯使用

  1. 把當(dāng)前工作目錄(libhello.so.1所在的目錄)加入動(dòng)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(huì)發(fā)現(xiàn),執(zhí)行l(wèi)dconfig命令后,當(dāng)前目錄下生成了一個(gè)新的文件libhello.so(這是-soname,libhello.so選項(xiàng)導(dǎo)致的,如果沒有該選項(xiàng),那么ldconfig執(zhí)行后不會(huì)生成新文件libhello.so。),使用ls -a命令會(huì)發(fā)現(xiàn)此文件是libhello.so.1的鏈接文件

  1. 在編譯程序時(shí),使用動(dòng)態(tài)鏈接庫和靜態(tài)鏈接庫是一致的,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(shí)存在靜態(tài)鏈接庫和動(dòng)態(tài)鏈接庫,默認(rèn)情況下會(huì)鏈接動(dòng)態(tài)鏈接庫。如果需要強(qiáng)制鏈接靜態(tài)鏈接庫,需要加上"-satic"選項(xiàng)。

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

靜態(tài)鏈接庫和動(dòng)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,進(jìn)行程序的重新鏈接,這種方法節(jié)省了編譯過程的時(shí)間。
靜態(tài)庫的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是開發(fā)者可以提供庫文件給使用人員不用開放源代碼。
使用靜態(tài)編譯的.lib文件,在運(yùn)行程序時(shí)不需要再掛動(dòng)態(tài)庫,缺點(diǎn)是導(dǎo)致應(yīng)用程序比較大,而且失去了動(dòng)態(tài)庫的靈活性,發(fā)布新版本時(shí)要發(fā)布新的應(yīng)用程序才行。

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