链接、装载、库

1.什么是库
在windows平台和linux 平台下都大量存在着库。
本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式，可以被操作系统载入内存执行。
由于windows和linux 的本质不同，因此二者库的二进制是不兼容的。
本文仅限于介绍linux 下的库。
2.库的种类
linux 下的库有两种：静态库和共享库（动态库）。
二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。
静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序，因此体积较大。
共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的，在编译过程中仅简单的引用，因此代码
体积较小。
3.库存在的意义
库是别人写好的现有的，成熟的，可以复用的代码，你可以使用但要记得遵守许可协议。
现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库，不可能每个人的代码都从零开始，因此库的存
在意义非同寻常。
共享库的好处是，不同的应用程序如果调用相同的库，那么在内存里只需要有一份该共享库
的实例。
4.库文件是如何产生的在linux 下
静态库的后缀是.a ，它的产生分两步
Step 1.由源文件编译生成一堆.o ，每个.o 里都包含这个编译单元的符号表
Step 2.ar命令将很多.o 转换成.a ，成文静态库
动态库的后缀是.so ，它由gcc 加特定参数编译产生。
例如: 有一个print.c文件，内容如下：

###########################################

#include<stdio.h>

{

      printf("hello\n");

}

###########################################

#gcc  -c print.c

#gcc -shared -fPIC -o libprint.so print.o5.库文件是如何命名的，有没有什么规范
在linux 下，库文件一般放在/usr/lib /lib 下，
静态库的名字一般为libxxxx.a ，其中xxxx是该lib的名称
动态库的名字一般为libxxxx.so.major.minor ，xxxx是该lib的名称，major是主版本号，
minor是副版本号
6.如何知道一个可执行程序依赖哪些库
ldd 命令可以查看一个可执行程序依赖的共享库，

 

#gcc -o hello hello.c -lprint 

[root@localhost testdir]# ldd hello
        linux-gate.so.1 =>  (0x00c0b000)
        libprint.so => /usr/lib/libprint.so (0x00767000)
        libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x00110000)
        可以看到hello依赖的 库
7.可执行程序在执行的时候如何定位共享库文件
当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径
此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader)
对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so* 来完成的，它先后搜索elf文件的 DT_RPATH
段—环境变量LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache 文件列表—/lib/,/usr/lib目录找
到库文件后将其载入内存
8.在新安装一个库之后如何让系统能够找到他
如果安装在/lib 或者/usr/lib 下，那么ld 默认能够找到，无需其他操作。
如果安装在其他目录，需要将其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步骤如下
 
 
1. 编辑/etc/ld.so.conf文件，加入库文件所在目录的路径
2. 运行ldconfig ，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件
 
我们通常把一些公用函数制作成函数库，供其它程序使用。函数库分为静态库和动态库两种。
静态库在程序编译时会被连接到目标代码中，程序运行时将不再需要该静态库。动态库在程
序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入，因此在程序运行时还需
要动态库存在。本文主要通过举例来说明在Linux 中如何创建静态库和动态库，以及使用它
们。在创建函数库前，我们先来准备举例用的源程序，并将函数库的源程序编译成.o 文件。 
第1 步：编辑得到举例的程序--hello.h 、hello.c和main.c；  
hello.h( 见程序1)为该函数库的头文件。
hello.c( 见程序2)是函数库的源程序，其中包含公用函数hello，该函数将在屏幕上输出
"Hello XXX!"。
main.c(见程序3)为测试库文件的主程序，在主程序中调用了公用函数hello。 
程序1: hello.h
#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H
 
void hello(const char *name);
 
#endif //HELLO_H
程序2: hello.c
#include 
 
void hello(const char *name)
{
  printf("Hello %s!\n", name);
}
   程序3: main.c
#include "hello.h"
 
int main()
{
  hello("everyone");
  return 0;
}
第2 步：将hello.c编译成.o文件；  
无论静态库，还是动态库，都是由.o 文件创建的。因此，我们必须将源程序hello.c通过gcc
先编译成.o 文件。 
在系统提示符下键入以下命令得到hello.o文件。 
# gcc -c hello.c  
# 
(注1：本文不介绍各命令使用和其参数功能，若希望详细了解它们，请参考其他文档。) 
(注2：首字符"#" 是系统提示符，不需要键入，下文相同。) 
我们运行ls 命令看看是否生存了hello.o文件。 
 
 
# ls  
hello.c hello.h hello.o main.c  
# 
(注3：首字符不是"#" 为系统运行结果，下文相同。) 
在ls 命令结果中，我们看到了hello.o文件，本步操作完成。 
下面我们先来看看如何创建静态库，以及使用它。 
第3 步：由.o文件创建静态库； 
静态库文件名的命名规范是以lib为前缀，紧接着跟静态库名，扩展名为.a 。例如：我们将
创建的静态库名为myhello，则静态库文件名就是libmyhello.a。在创建和使用静态库时，
需要注意这点。创建静态库用ar命令。 
在系统提示符下键入以下命令将创建静态库文件libmyhello.a。 
# ar cr libmyhello.a hello.o  
# 
我们同样运行ls 命令查看结果： 
# ls  
hello.c hello.h hello.o libmyhello.a main.c  
# 
ls 命令结果中有libmyhello.a。 
第4 步：在程序中使用静态库； 
静态库制作完了，如何使用它内部的函数呢？只需要在使用到这些公用函数的源程序中包含
这些公用函数的原型声明，然后在用gcc 命令生成目标文件时指明静态库名，gcc 将会从静
态库中将公用函数连接到目标文件中。注意，gcc 会在静态库名前加上前缀lib，然后追加扩
展名.a 得到的静态库文件名来查找静态库文件。  
在程序3:main.c中，我们包含了静态库的头文件hello.h，然后在主程序main中直接调用
公用函数hello。下面先生成目标程序hello，然后运行hello程序看看结果如何。 
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello  
# ./hello  
Hello everyone!  
# 
我们删除静态库文件试试公用函数hello是否真的连接到目标文件 hello 中了。 
# rm libmyhello.a  
rm: remove regular file `libmyhello.a'? y  
# ./hello  
Hello everyone!  
# 
程序照常运行，静态库中的公用函数已经连接到目标文件中了。 
我们继续看看如何在Linux 中创建动态库。我们还是从.o 文件开始。 
第5 步：由.o文件创建动态库文件； 
动态库文件名命名规范和静态库文件名命名规范类似，也是在动态库名增加前缀lib，但其
文件扩展名为.so 。例如：我们将创建的动态库名为myhello ，则动态库文件名就是
libmyhello.so 。用gcc 来创建动态库。 
在系统提示符下键入以下命令得到动态库文件libmyhello.so 。 
# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o  
# 
 
 
我们照样使用ls 命令看看动态库文件是否生成。 
# ls  
hello.c hello.h hello.o libmyhello.so main.c  
# 
第6 步：在程序中使用动态库； 
在程序中使用动态库和使用静态库完全一样，也是在使用到这些公用函数的源程序中包含这
些公用函数的原型声明，然后在用gcc 命令生成目标文件时指明动态库名进行编译。我们先
运行gcc 命令生成目标文件，再运行它看看结果。 
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello  
# ./hello  
./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared
object file: No such file or directory  
# 
哦！出错了。快看看错误提示，原来是找不到动态库文件libmyhello.so 。程序在运行时，
会在/usr/lib 和/lib 等目录中查找需要的动态库文件。若找到，则载入动态库，否则将提示
类似上述错误而终止程序运行。我们将文件libmyhello.so 复制到目录/usr/lib 中，再试试。 
# mv libmyhello.so /usr/lib  
# ./hello  
./hello: error while loading shared librari es: /usr/lib/libhello.so: cannot restore
segment prot after reloc: Permission denied
由于SELinux引起，
# chcon -t texrel_shlib_t /usr/lib/libhello.so
# ./hello
Hello everyone!  
# 
成功了。这也进一步说明了动态库在程序运行时是需要的。 
我们回过头看看，发现使用静态库和使用动态库编译成目标程序使用的gcc 命令完全一样，
那当静态库和动态库同名时，gcc 命令会使用哪个库文件呢？抱着对问题必究到底的心情，
来试试看。 
先删除  除.c 和.h 外的  所有文件，恢复成我们刚刚编辑完举例程序状态。 
# rm -f hello hello.o /usr/lib/libmyhello.so  
# ls  
hello.c hello.h main.c  
# 
在来创建静态库文件libmyhello.a和动态库文件libmyhello.so 。 
# gcc -c hello.c  
# ar cr libmyhello.a hello.o  
# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o  
# ls  
hello.c hello.h hello.o libmyhello.a libmyhello.so main.c  
# 
通过上述最后一条ls 命令，可以发现静态库文件libmyhello.a和动态库文件libmyhello.so
都已经生成，并都在当前目录中。然后，我们运行gcc 命令来使用函数库myhello生成目标
文件hello，并运行程序 hello 。 
 
 
# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello  
# ./hello  
./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared
object file: No such file or directory  
# 
从程序hello运行的结果中很容易知道，当静态库和动态库同名时， gcc命令将优先使用动
态库。 

 
基本概念 

库有动态与静态两种，动态通常用.so 为后缀，静态用.a 为后缀。 
例如：libhello.so libhello.a  为了在同一系统中使用不同版本的库，可以在库文件名后加
上版本号为后缀, 例如： libhello.so.1.0, 由于程序连接默认以.so 为文件后缀名。所以为了
使用这些库，通常使用建立符号连接的方式。 
ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1  
ln -s libhello.so.1 libhello.so  
1、使用库 
当要使用静态的程序库时，连接器会找出程序所需的函数，然后将它们拷贝到执行文件，由
于这种拷贝是完整的，所以一旦连接成功，静态程序库也就不再需要了。然  而，对动态库
而言，就不是这样。动态库会在执行程序内留下一个标记指明当程序执行时，首先必须载入
这个库。由于动态库节省空间，linux 下进行连接的缺省操作是首先连接动态库，也就是说，
如果同时存在静态和动态库，不特别指定的话，将与动态库相连接。  现在假设有一个叫hello
的程序开发包，它提供一个静态库libhello.a  一个动态库libhello.so, 一个头文件hello.h,
头文件中提供sayhello() 这个函数  /* hello.h */ void sayhello();  另外还有一些说明文
档。 
这一个典型的程序开发包结构  与动态库连接 linux 默认的就是与动态库连接，下面这段程
序testlib.c 使用hello库中的sayhello() 函数 
/*testlib.c*/ 
#include  
#include  
int main()  
{ 
    sayhello();  
    return 0;  
} 
使用如下命令进行编译  $gcc -c testlib.c -o testlib.o  
用如下命令连接：  $gcc testlib.o -lhello -o testlib  
连接时要注意，假设libhello.o  和libhello.a 都在缺省的库搜索路径下/usr/lib 下，如果在
其它位置要加上-L参数  与与静态库连接麻烦一些，主要是参数问题。还是上面的例子： 
$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello  
注：这个特别的"-WI，-Bstatic"参数，实际上是传给了连接器ld 。指示它与静态库连接，
如果系统中只有静态库当然就不需要这个参数了。  如果要和多个库相连接，而每个库的连
接方式不一样，比如上面的程序既要和libhello 进行静态连接，又要和libbye 进行动态连接，
其命令应为： 
$gcc testlib.o -o testlib  -WI,-Bstatic -lhello  -WI,-Bdynamic  -lbye   
   
2、动态库的路径问题  为了让执行程序顺利找到动态库，有三种方法： 
(1) 把库拷贝到/usr/lib 和/lib 目录下。 
(2) 在LD_LIBRARY_PATH环境变量中加上库所在路径。 
例如动态库libhello.so在/home/ting/lib目录下，以bash为例，使用命令：  
$export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/ting/lib  
(3)  修改/etc/ld.so.conf文件，把库所在的路径加到文件末尾，并执行ldconfig 刷新。这
样，加入的目录下的所有库文件都可见。  
3、查看库中的符号 
有时候可能需要查看一个库中到底有哪些函数，nm命令可以打印出库中的涉及到的所有符
号。库既可以是静态的也可以是动态的。nm列出的符号有很多，常见的有三种： 
一种是在库中被调用，但并没有在库中定义(表明需要其他库支持)，用U表示； 
一种是库中定义的函数，用T 表示，这是最常见的； 
另外一种是所谓的“弱  态” 符号，它们虽然在库中被定义，但是可能被其他库中的同名符号
覆盖，用W表示。 
例如，假设开发者希望知道上文提到的hello库中是否定义了 printf(): 
$nm libhello.so |grep printf U  
其中printf U 表示符号printf 被引用，但是并没有在函数内定义，由此可以推断，要正常使
用hello库，必须有其它库支持，再使用ldd 命令查看hello依赖于哪些库： 
$ldd hello libc.so.6=>/lib/libc.so.6(0x400la000)
/lib/ld-linux.so.2=>/lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)  
从上面的结果可以继续查看printf 最终在哪里被定义，有兴趣可以go on  
4、生成库  
第一步要把源代码编绎成目标代码。 
以下面的代码为例，生成上面用到的hello库： 
/* hello.c */  
#include    
void sayhello()  
{ 
  printf("hello,world ");  
} 
用gcc 编绎该文件，在编绎时可以使用任何全法的编绎参数，例如-g加入调试代码等： gcc
-c hello.c -o hello.o  
(1) 连接成静态库  连接成静态库使用ar命令，其实ar是archive 的意思 
$ar crv libhello.a hello.o  
(2) 连接成动态库  生成动态库用gcc 来完成，由于可能存在多个版本，因此通常指定版本号： 
$gcc -shared -Wl,-soname,libhello.so.1 -o libhello.so.1.0 hello.o  
另外再建立两个符号连接： 
$ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1  
$ln -s libhello.so.1 libhello.so  
这样一个libhello 的动态连接库就生成了。最重要的是传gcc -shared 参数使其生成是动态
库而不是普通执行程序。 -Wl  表示后面的参数也就是-soname,libhello.so.1 直接传给连
接器ld 进行处理。实际上，每一个库都有一个soname ，当连接器发现它正在查找的程序库
中有这样一个名称，连接器便会将soname 嵌入连结中的二进制文件内，而不是它正在运行
的实际文件名，在程序执行期间，程序会查找拥有 soname名字的文件，而不是库的文件
 
 
名，换句话说，soname 是库的区分标志。  这样做的目的主要是允许系统中多个版本的库
文件共存，习惯上在命名库文件的时候通常与soname 相同 libxxxx.so.major.minor 其
中，xxxx是库的名字，major是主版本号，minor 是次版本号