linux下 GCC编译链接静态库&动态库

2022-11-18 13:10:10

静态库

有时候需要把一组代码编译成一个库，这个库在很多项目中都要用到，例如libc就是这样一个库，我们在不同的程序中都会用到libc中的库函数（例如printf），也会用到libc中的变量（例如以后要讲到的environ变量）。本文将介绍怎么创建这样一个库。

这些文件的目录结构是：

$ tree

.

|-- main.c

`-- stack

	|-- is_empty.c

	|-- pop.c

	|-- push.c

	|-- stack.c

	`-- stack.h

1 directory, 6 files

我们把stack.c、push.c、pop.c、is_empty.c编译成目标文件：

$ gcc -c stack/stack.c stack/push.c stack/pop.c stack/is_empty.c

然后打包成一个静态库libstack.a：

$ ar rs libstack.a stack.o push.o pop.o is_empty.o

ar: creating libstack.a

库文件名都是以lib开头的，静态库以.a作为后缀，表示Archive。ar命令类似于tar命令，起一个打包的作用，但是把目标文件打包成静态库只能用ar命令而不能用tar命令。选项r表示将后面的文件列表添加到文件包，如果文件包不存在就创建它，如果文件包中已有同名文件就替换成新的。s是专用于生成静态库的，表示为静态库创建索引，这个索引被链接器使用。ranlib命令也可以为静态库创建索引，以上命令等价于：

$ ar r libstack.a stack.o push.o pop.o is_empty.o

$ ranlib libstack.a

然后我们把libstack.a和main.c编译链接在一起：

$ gcc main.c -L. -lstack -Istack -o main

-L选项告诉编译器去哪里找需要的库文件，-L.表示在当前目录找。-lstack告诉编译器要链接libstack库，-I选项告诉编译器去哪里找头文件。注意，即使库文件就在当前目录，编译器默认也不会去找的，所以-L.选项不能少。编译器默认会找的目录可以用-print-search-dirs选项查看。编译器会在这些搜索路径以及-L选项指定的路径中查找用-l选项指定的库，比如-lstack，编译器会首先找有没有共享库libstack.so，如果有就链接它，如果没有就找有没有静态库libstack.a，如果有就链接它。所以编译器是优先考虑共享库的，如果希望编译器只链接静态库，可以指定-static选项。

动态库（共享库）

组成共享库的目标文件和一般的目标文件有所不同，在编译时要加-fPIC选项，例如：

$ gcc -c -fPIC stack/stack.c stack/push.c stack/pop.c stack/is_empty.c

-f后面跟一些编译选项，PIC是其中一种，表示生成位置无关代码（Position Independent Code）。

现在把main.c和共享库编译链接在一起，然后运行：

$ gcc main.c -g -L. -lstack -Istack -o main

$ ./main

./main: error while loading shared libraries: libstack.so: cannot open shared object file: No such file or directory

结果出乎意料，编译的时候没问题，由于指定了-L.选项，编译器可以在当前目录下找到libstack.so，而运行时却说找不到libstack.so。那么运行时在哪些路径下找共享库呢？我们先用ldd命令查看可执行文件依赖于哪些共享库：

$ ldd main

	linux-gate.so.1 =>  (0xb7f5c000)

	libstack.so => not found

	libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0xb7dcf000)

	/lib/ld-linux.so.2 (0xb7f42000)

ldd模拟运行一遍main，在运行过程中做动态链接，从而得知这个可执行文件依赖于哪些共享库，每个共享库都在什么路径下，加载到进程地址空间的什么地址。/lib/ld-linux.so.2是动态链接器，它的路径是在编译链接时指定的，gcc在做链接时用dynamic-linker指定动态链接器的路径，它也像其它共享库一样加载到进程的地址空间中。libc.so.6的路径/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6是由动态链接器ld-linux.so.2在做动态链接时搜索到的，而libstack.so的路径没有找到。linux-gate.so.1这个共享库其实并不存在于文件系统中，它是由内核虚拟出来的共享库，所以它没有对应的路径，它负责处理系统调用。总之，共享库的搜索路径由动态链接器决定，从ld.so(8)的Man Page可以查到共享库路径的搜索顺序：

首先在环境变量LD_LIBRARY_PATH所记录的路径中查找。
然后从缓存文件/etc/ld.so.cache中查找。这个缓存文件由ldconfig命令读取配置文件/etc/ld.so.conf之后生成，稍后详细解释。
如果上述步骤都找不到，则到默认的系统路径中查找，先是/usr/lib然后是/lib。

先试试第一种方法，在运行main时通过环境变量LD_LIBRARY_PATH把当前目录添加到共享库的搜索路径：

$ LD_LIBRARY_PATH=. ./main

这种方法只适合在开发中临时用一下，通常LD_LIBRARY_PATH是不推荐使用的，尽量不要设置这个环境变量，理由可以参考Why LD_LIBRARY_PATH is bad。

再试试第二种方法，这是最常用的方法。把libstack.so所在目录的绝对路径（比如/home/akaedu/somedir）添加到/etc/ld.so.conf中（该文件中每个路径占一行），然后运行ldconfig：

$ sudo ldconfig -v

ldconfig命令除了处理/etc/ld.so.conf中配置的目录之外，还处理一些默认目录，如/lib、/usr/lib等，处理之后生成/etc/ld.so.cache缓存文件，动态链接器就从这个缓存中搜索共享库。现在再用ldd命令查看，libstack.so就能找到了：

$ ldd main

	linux-gate.so.1 =>  (0xb809c000)

    libstack.so => /home/akaedu/somedir/libstack.so (0xb806a000)

    libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0xb7f0c000)

    /lib/ld-linux.so.2 (0xb8082000)

第三种方法就是把libstack.so拷到/usr/lib或/lib目录，这样可以确保动态链接器能找到这个共享库。

其实还有第四种方法，在编译可执行文件main的时候就把libstack.so的路径写死在可执行文件中：

$ gcc main.c -g -L. -lstack -Istack -o main -Wl,rpath,/home/akaedu/somedir

-Wl,-rpath,/home/akaedu/somedir表示-rpath /home/akaedu/somedir是由gcc传递给链接器的选项。可以看到readelf的结果多了一条rpath记录：

$ readelf -a main

...

Dynamic section at offset 0xf10 contains 23 entries:

  Tag        Type                         Name/Value

 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library:

[libstack.so]

 0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]

 0x0000000f (RPATH)                      Library rpath: [/home/akaedu/somedir]

 ...

还可以看出，可执行文件运行时需要哪些共享库也都记录在.dynamic段中。当然rpath这种办法也是不推荐的，把共享库的路径定死了，失去了灵活性。

甚至还可以这样写：

$ gcc -o main main.c -g -L. -lstack -Istack  ./stack/libstack.so

参考资料：[linux_C编程一站式学习](https://book.douban.com/subject/4141733/)

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静态库

动态库（共享库）

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