Linux下的动态库与静态库

Linux下的动态库与静态库

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1动态库的生成

背景问题
(1)printf定义在哪里？
我们#include <stdio.h>里面只有printf的声 明。。。

(2) 你编制了一个有价值的算法、或有价值的 功能模块，但想给别人使用、但又不想公开 代码？如何做到？

库
在C/C++里，使用库(Library)的技术，可以将编译 好的符号提供给第三方使用。
库分为两种：
（1）共享库Shared Library
（2）静态库Static Library
通常共享库也称为动态库
本章介绍Linux下的动态库和静态库的使用方法

动态库的生成
使用g++命令来生成动态库
编译，生成.o文件 (编译选项 ‐fPIC )
g++ ‐c ‐fPIC example.cpp ‐o example.o
链接，生成目标 .so文件 ( 链接选项 ‐shared)
g++ ‐shared example.o ‐o libexample.so
(PIC：Position Independent Code位置无关代码)

linux下动态库的规范命名:
libxxx.so
前缀lib
后缀.so
其中xxx是库的名称

例如 ，libexample.so

查看符号
使用nm命令查看库中的符号
nm libexample.so

交付物
交付物：
example.h
libexample.so
同时，告之此so文件适用的平台（跨平台使 用时可能会有问题）
例如，目标平台：centos 6.6 32bit

小结：
1，动态库的生成
2，动态库的命名
3，查看符号
4，交付物

2动态库的使用

交付物
example.h
libexample.so
平台：centos6.6 32bit
如何使用这个库呢？

动态库的使用
编辑：
代码:包含头文件，调用里面的函数即可
#include “example.h”
int main()
{
example(1,2); return 0;
}

编译:
g++ ‐c main.cpp ‐o main.o
链接:
g++ main.o ‐o helloworld ‐L. ‐lexample
链接选项：
‐lexample 使用libexample.so这个库文件
‐L. 指定库文件的位置

程序的运行
./helloworld
通常会提示无法运行程序：
libexample.so: …: No such file or directory
问题：libexample.so就在当前目录下，为什么 操作系统会提示找不到该文件呢？

操作系统默认从标准位置寻找相应的库
/lib /usr/lib /usr/local/lib
如果没有找到依赖的库文件，则从
LD_LIBRARY_PATH环境变量里寻找。。。
也就是说，库文件要么放在标准位置，要么放在 LD_LIBRARY_PATH指定的位置，才能被操作系统 找到。。。
libexample.so 放在指定的位置

先使用export命令设置环境变量, 然后再运行 程序。
export LD_LIBRARY_PATH=.
./helloworld

查看依赖的库
拿到一个可执行程序，怎么知道它依赖哪些库呢？
readelf ‐d helloworld
Tag Type Name/Value
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libexample.so]
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libstdc++.so.6]
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libm.so.6]
0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libgcc_s.so.1]
0x00000001 (NEEDED) Shared library:[libc.so.6]

标准C/C++库
至少要知道两个基本的库：
libc.so 标准C库(ANSI C)
libstdc++.so标准c++库(包含STL)
不需要在命令行中指定，g++默认会链接到这 两个库

当程序无法运行的时候，显示No such file or directory的时候，要用readelf ‐d来检查一下它 需要哪些库？这些库在系统上是否存在？

小结：
1，动态库的使用：编辑，编译，链接
2，libexample.so 放在指定的位置
3，查看依赖的库

3生成动态库 - 补充说明

内容提要
（1）在Makefile中创建动态库
（2）在动态库中使用别的动态库
（3）在动态库*享class类型

1.在Makefile中生成动态库
修改标准Makefile Lv1.0
增加编译选项‐fPIC，链接选项‐shared
① EXE=libexample.so
② g++‐shared $(CXX_OBJECTS) ‐o $(EXE)
③ g++ ‐c ‐fPIC ‐MMD $< ‐o [email protected]

2.动态库中使用别的动态库
在创建动态库时，里面可以调用其他动态库。 默认地，可以调用标准C函数库和标准C++ STL 库。
如果要调用其他第三方库，可以在链接时添 加链接选项。。。
g++ ‐shared $(CXX_OBJECTS) ‐o $(EXE) ‐lxxx

3.动态库*享class类型
没有什么特别之外，直接按普通方式把class 的头文件和cpp文件写出来就行

小结：
1，Makefile中生成动态库
2，动态库中使用别的动态库
3，动态库*享class类型

4库的标准目录结构

库的目录结构
Linux下面可能会经常使用各种库，有的是系统 自带的库，有的是第三方库。
通常它们的目录结构是：
libxxx/
‐lib/
‐include/
其中，bin下为程序, lib下为库文件, include为头 文件

第三方库的目录结构
系统自带库放在
/usr
‐include /
‐lib /
演示：把example库放在
/home/mytest/example/目录下

头文件：
使用编译选项‐I(大写字母I)参数来指定
g++ ‐c ‐I /home/mytest/example/include …
库文件：
‐L /home/mytest/example ‐lexample
或‐l/home/mytest/example/libexample.so
（全路径也是可以的）

Makefile中使用库
通常，在Makefile里定义两个变量
CXXFLAGS表示C++的编译选项
LDFLAGS表示链接选项

INCLUDE路径
比较
#include <example.h>
#include “example.h”
<example.h> : 仅从INCLUDE路径里查找此头文件 “example.h” : 先从当前目录下查找，如果不存在，再从 INCLUDE路径里查找。

用‐I选项来指定自定义的INCLUDE路径
标准INCLUDE路径 ：/usr/include /usr/local/include

小结：
1，库的目录结构
2，Makefile中使用库

5静态库的创建与使用

静态库
静态库，static library
标准命名：libxxx.a
第一步：编译，得到*.o文件
第二步：打包
ar ‐rcs libxxx.a file1.o file2.o … fileN.o
（注：ar只是将*.o文件打个包而已，并非“链 接”）

静态库
演示：
g++ ‐c test1.cpp ‐o test1.o
g++ ‐c test2.cpp ‐o test2.o
ar ‐rcs libtest.a test1.o test2.o
查看静态库中的符号
nm libtest.a

交付物
静态库的交付物：
‐头文件*.h
‐库文件libxxx.a
另需注明，此静态库适用的平台
如centos6.6 32bit系统

使用静态库
由于libtest.a本质是就是test1.o和test2.o打个包而 已，因此可以像.o文件一样使用
比较：
g++ main.cpp test1.o test2.o ‐o helloworld
g++ main.cpp libtest.a ‐o helloworld
也就是说，在命令行里直接加上libtest.a的全路 径是可以的。

使用静态库
使用‐l选项，指定静态库
g++ main.cpp ‐o helloworld ‐L…/K07_05A ‐ltest
编译器在…/K07_05A下面发现了libtest.a。。。
（考虑：如果在…/K07_05A同时存在libtest.a和 libtest.so，编译器会选哪一个？）

静态库和动态库的区别
使用静态库： 最终的程序(helloworld)里含有函数test1和test2的代 码，所以helloworld在运行的时候不依赖libtest.a的存 在
使用动态库： 最终的程序里没有相应代码，所以程序在运行的时 候会寻找libtest.so
可执行程序 的，体积有差别。。。。
注：使用nm命令，查看是否含有符号的定义

小结：
1，静态库制作
2，静态库交付
3，静态库使用
4，静态库与动态库区别

6静态库与动态库混用

静态库和动态库同时存在
接上节课，如果目录下同时存在libtest.a和 libtest.so。。。 ‐build/
‐libtest.a
‐libtest.so
执行命令：
g++ main.cpp ‐o helloworld ‐Lbuild ‐ltest

静态库和动态库同时存在
查看它倒底用的哪个库。。。
nm helloworld
readelf ‐d helloworld

静态库和动态库同时存在
如果libtest.so 和libtest.a同时存在。。。
则默认优先连接libtest.so

强制使用静态库
当libtest.so 和libtest.a同时存在，以下两种方式可以强制 使用静态库：
① 使用全路径 【推荐】
g++ main.cpp build/libtest.a‐o helloworld
②‐static : 强制所有的库都使用静态库版本【行不通】
g++ main.cpp ‐o helloworld‐static‐Lbuild ‐ltest
缺点：
所有的库(包括libc , libstdc++)都必须提供静态库版本，少 一个都不行。。
注：centos默认安装时不带 libc.a libstdc++.a …

小结
1,除非你能提供所有库的静态库版本，否 则你无法使用‐static参数
2,当静态库和动态库混用时，通常就是 直接指定静态库的全路径。。。
（静态库就是一堆.o文件打个包而已。。。）

7C函数与C++函数的区别

C的函数与C++的函数
在C语言中，以函数的名字来唯一标识一个函 数，因此，函数名不可以重复。
在C++中，以函数的名字和参数共同标识一个 函数。因此，在C++中的函数可以重名，只要 参数列表有所不同即可。 （称为函数名重载）

在目标文件中观察他们的区别
#include <stdio.h>
void example(int a, int b)
{
printf(“a=%d, b=%d \n”, a, b);
}

一、按C++编译, example.cpp
g++ ‐fPIC ‐shared example.cpp ‐o libexample.so
000004d0 T _Z7exampleii

二、按C编译, example.c
gcc ‐fPIC ‐shared example.c ‐o libexample.so
00000430 T example

结论：
在C语言中，函数的符号名就是函数名
example
在C++语言中，函数的符号名中有函数名和 参数列表信息 _Z7exampleii

C++中使用C的库
用gcc生成一个C的库，如何在C++中调用呢？
gcc ‐fPIC ‐shared example.c ‐o libexample.so
在main.cpp中，调用函数example。。
g++ main.cpp ‐o helloworld ‐Lbuild ‐lexample
会报链接错误：
undefined reference to `example(int, int)’
该函数明明存在，然而编译器却说未定义？

C++中使用C的库
实际上，编译器要找的符号是 _Z7exampleii， 而libexample.so里的符号名是example，所以 报告错误。

解决办法：
在C++里想要调用一个C的函数符号，需要添 加extern "C"声明，例如
extern “C” void example(int a, int b);

extern "C"的两种方式：
（1）声明单个函数
extern "C"void example(int a, int b);
（2）声明多个函数
extern "C"
{
void func1(int a, int b); void func2(int a, int b);
}

一般情况下，应该由库的作者来提供一个兼容C/C++的头文件。
//////////// example.h /////////////
#ifdef __cplusplus
extern “C” {
#endif
void example(int a, int b);
#ifdef __cplusplus
}
#endif

cpp中按C语言编译
在*.cpp中定义的函数，默认都是生成C++的函数符号。
但是，可以强制按C来编译，
extern "C" void example(int a, int b)
{
printf(“a=%d, b=%d \n”, a, b);
}
主要用途：
(1) 在C的项目中，调用一个C++的库（不常见）
(2) 手工加载一个动态库（下一节课）
第一次学，请忽略

注意：
Linux下面的很多库是由C语言写成的，当我们 在C++项目中调用它时，要学会使用extern "C
补充： extern “C”{\ #incl
ude “aaa.h”
}

小结：
1，C与C++库的区别
2，C与C++库之间的调用

8动态库的手工加载

动态库的手工加载

默认情况下，当一个程序运行之前，操作系 统OS会检查它依赖了的so库并加载。。。此 种加载方式称为“自动加载”
动态库*.so还有另一种使用方式：手工加载

手工加载：在程序运行时刻，根据实际需要来加载/卸 载
使用dl库中的函数(dynamic linking loader)
头文件
#include <unistd.h>
#include <dlfcn.h>
链接选项
‐ldl
g++ main.cpp ‐o helloworld ‐ldl

代码里的使用dl的函数:
① 加载库：dlopen
② 找到函数符号: dlsym
③ 调用函数(函数指针的语法)
④ 卸载 库: dlclose

常见问题

1. dlopen失败？
   检查是不是文件路径给错了
2. dlsym失败
   用nm检查一下目标so中是否有该符号。注意， 一般只有C的函数符号才适合手工加载。
   （C++的函数符号名称由于规则较为复杂，不 适宜手工加载）

小结：
1，自动加载+手工加载
2，手工加载到步骤
3，常见问题

学习资源 《C语言/C++学习指南》Linux开发篇