Linux下如何用GCC編譯動態庫

 　　本文主要解決以下幾個問題

　　1 為什麼要使用庫?

　　2 庫的分類

　　3 創建自己的庫

　　或許大家對自己初學 Linux時的情形仍記憶尤新吧。如果沒有一個能較好的解決依賴關系的包管理器，在Linux下安裝軟件將是一件及其痛苦的工作。你裝a包時，可能會提示你要先裝b包，當你費盡心力找到b包時，可能又會提示你要先安裝c包。我就曾被這樣的事搞的焦頭爛額，至今一提起rpm仍心有余悸，頭皮發麻。說是一朝被蛇咬，十年怕井繩怕也不為過。

　　Linux下之所以有這許多的依賴關系，其中一個開發原則真是功不可沒。這個原則就是：盡量不重復做別人已經做過的事。換句話說就是盡量充分利用別人的勞動成果。

　　這就涉及到如何有效的進行代碼復用。

　　1 為什麼要使用庫?

　　關於代碼復用的途徑，一般有兩種。

　　粘貼復制

　　這是最沒有技術含量的一種方案。如果代碼小，則工作量還可以忍受，如果代碼很龐大，則此法不可取。即便有人原意這樣做，但誰又能保證所有的代碼都可得到呢?

　　而庫的出現很好的解決了這個問題。

　　庫，是一種封裝機制，簡單說把所有的源代碼編譯成目標代碼後打成的包。

　　那麼用戶怎麼能知道這個庫提供什麼樣的接口呢?難道要用nm等工具逐個掃描?

　　不用擔心，庫的開發者早以把一切都做好了。除了包含目標代碼的庫外，www.Linuxidc.com一般還會提供一系列的頭文件，頭文件中就包含了庫的接口。為了讓方便用戶，再加上一個使用說明就差不多完美了。

　　2 庫的分類

　　2.1 庫的分類

　　根據鏈接時期的不同，庫又有靜態庫和動態庫之分。

　　靜態庫是在鏈接階段被鏈接的(好像是廢話，但事實就是這樣)，所以生成的可執行文件就不受庫的影響了，即使庫被刪除了，程序依然可以成功運行。

　　有別於靜態庫，動態庫的鏈接是在程序執行的時候被鏈接的。所以，即使程序編譯完，庫仍須保留在系統上，以供程序運行時調用。(TODO：鏈接動態庫時鏈接階段到底做了什麼)

　　2.2 靜態庫和動態庫的比較

　　鏈接靜態庫其實從某種意義上來說也是一種粘貼復制，只不過它操作的對象是目標代碼而不是源碼而已。因為靜態庫被鏈接後庫就直接嵌入可執行文件中了，這樣就帶來了兩個問題。

　　首先就是系統空間被浪費了。這是顯而易見的，想象一下，如果多個程序鏈接了同一個庫，則每一個生成的可執行文件就都會有一個庫的副本，必然會浪費系統空間。

　　再者，人非聖賢，即使是精心調試的庫，也難免會有錯。一旦發現了庫中有bug，挽救起來就比較麻煩了。必須一一把鏈接該庫的程序找出來，然後重新編譯。

　　而動態庫的出現正彌補了靜態庫的以上弊端。因為動態庫是在程序運行時被鏈接的，所以磁盤上只須保留一份副本，因此節約了磁盤空間。如果發現了bug或要升級也很簡單，只要用新的庫把原來的替換掉就行了。

　　那麼，是不是靜態庫就一無是處了呢?

　　答曰：非也非也。不是有句話麼：存在即是合理。靜態庫既然沒有湮沒在滔滔的歷史長河中，就必然有它的用武之地。想象一下這樣的情況：如果你用libpcap庫編了一個程序，要給被人運行，而他的系統上沒有裝pcap庫，該怎麼解決呢?最簡單的辦法就是編譯該程序時把所有要鏈接的庫都鏈接它們的靜態庫，這樣，就可以在別人的系統上直接運行該程序了。

　　所謂有得必有失，正因為動態庫在程序運行時被鏈接，故程序的運行速度和鏈接靜態庫的版本相比必然會打折扣。然而瑕不掩瑜，動態庫的不足相對於它帶來的好處在現今硬件下簡直是微不足道的，所以鏈接程序在鏈接時一般是優先鏈接動態庫的，除非用-static參數指定鏈接靜態庫。

　　2.3 如何判斷一個程序有沒有鏈接動態庫?

　　答案是用file實用程序。

　　file程序是用來判斷文件類型的，在file命令下，所有文件都會原形畢露的。

　　順便說一個技巧。有時在 windows下用浏覽器下載tar.gz或tar.bz2文件，後綴名會變成奇怪的tar.tar，到Linux有些新手就不知怎麼解壓了。但 Linux下的文件類型並不受文件後綴名的影響，所以我們可以先用命令file xxx.tar.tar看一下文件類型，然後用tar加適當的參數解壓。

　　另外，還可以借助程序ldd實用程序來判斷。

　　ldd是用來打印目標程序(由命令行參數指定)所鏈接的所有動態庫的信息的，如果目標程序沒有鏈接動態庫，則打印“not a dynamic executable”，ldd的用法請參考manpage。

　　3 創建自己的庫

　　3.1 創建動態庫

　　創建文件hello.c，內容如下：

　　#include

　　void hello(void)

　　{

　　printf("Hello Worldn");

　　}

　　用命令gcc -shared hello.c -o libhello.so編譯為動態庫。可以看到，當前目錄下多了一個文件libhello.so。

　　[leo@leo test]$ file libhello.so

　　libhello.so: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped

　　看到了吧，文件類型是shared object了。

　　再編輯一個測試文件test.c，內容如下：

　　int

　　main()

　　{

　　hello();

　　return 0;

　　}

　　這下可以編譯了：)

　　[leo@leo test]$ gcc test.c

　　/tmp/ccm7w6Mn.o: In function `main':

　　test.c:(.text+0x1d): undefined reference to `hello'

　　collect2: ld returned 1 exit status

　　鏈接時gcc找不到hello函數，編譯失敗:(。原因是hello在我們自己創建的庫中，如果gcc能找到那才教見鬼呢!ok，再接再厲。

　　[leo@leo test]$ gcc test.c -lhello

　　/usr/lib/gcc/i686-pc-Linux-gnu/4.0.0/../../../../i686-pc-Linux-gnu/bin/ld: cannot find -lhello

　　collect2: ld returned 1 exit status

　　[leo@leo test]$ gcc test.c -lhello -L.

　　[leo@leo test]$

　　第一次編譯直接編譯，gcc默認會鏈接標准c庫，但符號名hello解析不出來，故連接階段通不過了。

　　現在用gcc test.c -lhello -L.已經編譯成功了，默認輸出為a.out。現在來試著運行一下：

　　[leo@leo test]$ ./a.out

　　./a.out: error while loading shared libraries: libhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

　　咦，怎麼回事?原來雖然鏈接時鏈接器(dynamic linker)找到了動態庫libhello.so，但動態加載器(dynamic loader， 一般是/lib/ld-Linux.so.2)卻沒找到。再來看看ldd的輸出：

　　[leo@leo test]$ ldd a.out

　　Linux-gate.so.1 => (0xffffe000)

　　libhello.so => not found

　　libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40034000)

　　/lib/ld-Linux.so.2 (0x40000000)

　　果然如此，看到沒有，libhello.so => not found。

　　Linux為我們提供了兩種解決方法：

　　1.可以把當前路徑加入 /etc/ld.so.conf中然後運行ldconfig，或者以當前路徑為參數運行ldconfig(要有root權限才行)。

　　2.把當前路徑加入環境變量LD_LIBRARY_PATH中

　　當然，如果你覺得不會引起混亂的話，可以直接把該庫拷入/lib,/usr/lib/等位置(無可避免，這樣做也要有權限)，這樣鏈接器和加載器就都可以准確的找到該庫了。

　　我們采用第二種方法：

　　[leo@leo test]$ export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH

　　[leo@leo test]$ ldd a.out

　　Linux-gate.so.1 => (0xffffe000)

　　libhello.so => ./libhello.so (0x4001f000)

　　libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40036000)

　　/lib/ld-Linux.so.2 (0x40000000)

　　哈哈，這下ld-Linux.so.2就可以找到libhello.so這個庫了。

　　現在可以直接運行了：

　　[leo@leo test]$ ./a.out

　　Hello World

　　3.2 創建靜態庫

　　仍使用剛才的hello.c和test.c。

　　第一步，生成目標文件。

　　[leo@leo test]$ gcc -c hello.c

　　[leo@leo test]$ ls hello.o -l

　　-rw-r--r-- 1 leo users 840 5月 6 12:48 hello.o

　　第二步,把目標文件歸檔。

　　[leo@leo test]$ ar r libhello.a hello.o

　　ar: creating libhello.a

　　OK,libhello.a就是我們所創建的靜態庫了，簡單吧:)

　　[leo@leo test]$ file libhello.a

　　libhello.a: current ar archive

　　下面一行命令就是教你如何在程序中鏈接靜態庫的：

　　[leo@leo test]$ gcc test.c -lhello -L. -static -o hello.static

　　我們來用file命令比較一下用動態庫和靜態庫鏈接的程序的區別：

　　[leo@leo test]$ gcc test.c -lhello -L. -o hello.dynamic

　　正如前面所說，鏈接器默認會鏈接動態庫(這裡是libhello.so)，所以只要把上個命令中的 -static參數去掉就可以了。

　　用file實用程序驗證一下是否按我們的要求生成了可執行文件：

　　[leo@leo test]$ file hello.static hello.dynamic

　　hello.static: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.6.6, statically linked, not stripped

　　hello.dynamic: ELF 32-bit LSB execut