linux动态链接库编写和使用

     我们可以创建一种文件里面包含了很多函数和变量的目标代码，链接的时候只要把这个文件指示给链接程序就自动地从文件中查找符合要求的函数和变量进行链接，整个查找过程根本不需要我们操心。

这个文件叫做 “库（Libary）”，平时我们把编译好的目标代码存储到“库”里面，要用的时候链接程序帮我们从库里面找出来。

静态链接库：

　　在早期库的组织形式相对简单，里面的目标代码只能够进行静态链接，所以我们称为“静态库”，静态库的结构比较简单，其实就是把原来的目标代码放在一起，链接程序根据每一份目标代码的符号表查找相应的符号（函数和变量的名字），找到的话就把该函数里面需要定位的进行定位，然后将整块函数代码放进可执行文件里，若是找不到需要的函数就报错退出。

静态库的两个特点：

#1链接后产生的可执行文件包含了所有需要调用的函数的代码，因此占用磁盘空间较大。

#2如果有多个（调用相同库函数的）进程在内存中同时运行，内存中就存有多份相同的库函数代码，因此占用内存空间较多。

动态链接库：

动态链接库就是为了解决这些问题而诞生的技术，顾名思义，动态链接的意思就是在程序装载内存的时候才真正的把库函数代码链接进行确定它们的地址，并且就算有几个程序同时运行，内存也只存在一份函数代码。

　　动态库的代码必须满足这样一种条件：能够被加载到不同进程的不同地址，所以代码要经过特别的编译处理，我们把这种经过特别处理的代码叫做“位置无关代码（Position independed Code .PIC）”.

　　根据载入程序何时确定动态代码的逻辑地址，可以把动态装载分为两类。

#1 静态绑定(static binding)

使用静态绑定的程序一开始载入内存的时候，载入程序就会把程序所有调用到的动态代码的地址算出确定下来，这种方式使程序刚运行的初始化时间较长，不过旦完成动态装载，程序的运行速度就很快。

#2动态绑定（dynamic binding）

使用这种方式的程序并不在一开始就完成动态链接，而是直到真正调用动态库代码时，载入程序才计算（被调用的那部分）动态代码的逻辑地址，然后等到某个时候，程序又需要调用另外某块动态代码时，载入程序又去计算这部分代码的逻辑地址，所以，这种方式使程序初始化时间较短，但运行期间的性能比不上静态绑定的程序。

平时默认进行链接的标准 C/C++ 函数就是动态库。

Note：

　　内存中的动态代码只有一份副本，但动态库的数据仍然可能有多份副本，因为每一个链接到动态的进程都可能会修改库的数据，每当出现这种情况的时候，操作系统就复制出一份数据副本，然后修改进程的地址空间映射，使它指向新的数据副本，于是进程最后修改的只是属于自己的那份数据。

 

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/btooth/archive/2006/08/16/1074946.aspx

本文主要参考了如下资料

⑴hcj写的"Linux静态/动态链接库的创建和使用"

地址 http://fanqiang.chinaunix.net/system/linux/2006-05-08/4126.shtml

⑵雨亦奇的文章"LINUX动态链接库高级应用"

地址http://www.ccw.com.cn/htm/center/prog/02_3_13_3_2.asp) 

在此一并致谢。

     

一、为什么要使用库文件

 我们在实际编程工作中肯定会遇到这种情况：有几个项目里有一些函数模块的功能相同，

实现代码也相同，也是我们所说的重复代码。比如，很多项目里都有一个用户验证的功能。

代码段如下：

   //UserLogin.h文件，提供函数声明

   int IsValidUser(char* username, int namelen);

   

   //UserLogin.c文件，实现对用户信息的验证

   int  IsValidUser(char* username, int namelen)

   {

     int IsValid = 0;

     /*下面是具体的处理代码，略去*/

     return IsValid

   }

   如果每个项目都保存着这两个UserLogin.h和UserLogin.c文件，会有以下几个

弊端:

   1、每个项目里都有重复的模块，造成代码重复。   

   2、代码的重用性不好，一旦IsValidUser的代码发生了变化，为了保持设计的一致性，

我们还要手工修改其他项目里的UserLogin.c文件，既费时又费力，还容易出错。   

库文件就是对公共代码的一种组织形式。 

    为了解决上面两个弊端，就提出了用库文件存放公共代码的解决方案，其要点就是

把公共的（也就是可以被多次复用的）目标代码从项目中分离出来，统一存放到库文件中，

项目要用到这些代码的时候，在编译或者运行的时候从库文件中取得目标代码即可。库文件

又分两种：静态库和动态库。

二、静态库与动态库

    如果程序是在编译时加载库文件的，就是使用了静态库。如果是在运行时加载目标代码，

就成为动态库。换句话说，如果是使用静态库，则静态库代码在编译时就拷贝到了程序的代码段，

程序的体积会膨胀。如果使用动态库，则程序中只保留库文件的名字和函数名，在运行时去查找

库文件和函数体，程序的体积基本变化不大。

    静态库的原则是“以空间换时间”，增加程序体积，减少运行时间;

    动态库则是“以时间换空间”，增加了运行时间，但减少了程序本身的体积。

    下面我们就以实际例子来看看如何使用这两种库.

 

三、静态库的编写和使用

1、概述

   静态库文件的扩展名一般为.a,其编写步骤很简单。

 ⑴编写函数代码

 ⑵编译生成各目标文件

 ⑶用ar文件对目标文件归档，生成静态库文件。

    注意归档文件名必须以lib打头。

   使用要点：

   ⑴在gcc 的-I参数后加上静态库头文件的路径。

   ⑵在gcc 的-L参数后加上库文件所在目录

   ⑶在gcc 的-l参数后加上库文件名，但是要去掉lib和.a扩展名。

     比如库文件名是libtest.a 那么参数就是 -l test

  

2、编写最简单的静态库文件

   编写如下两个文件，注意放在同一目录中 

    myalib.h   //静态库头文件

    myalib.c   //静态库实现文件

    

    //myalib.h  文件的内容

 void test();

 

 //myalib.c  文件的内容

 #inlcude <stdio.h>

 void test()

 {

  printf("test/n");

 }

 

3、制作库文件

 ⑴生成目标文件

  gcc -c myalib.c

  执行完后会生成一个myalib.o文件

 ⑵用ar命令归档,格式为ar -rc <生成的档案文件名> <.o文件名列表>

 再次提醒，归档文件名一定要以lib打头, .a结尾。

  ar -rc libtest.a myalib.o

  执行完后会生成一个libtest.a文件

  

4、使用库文件 

 ⑴编写一个测试程序main.c,内容为

 //main.c 测试静态库调用的程序

 #include "myalib.h"   //要把函数的头文件包含进来，否则编译时会报错

  int main(int argc,char* argv[])

 {

  test();

  return 0;  

 }

 ⑵编译目标文件，注意要把静态库头文件的路径加到-I参数里面

   gcc -I /root/exercise -o main.o -c main.c

  现在生成了一个main.o文件

 ⑶生成可执行文件，注意要把静态库文件的路径加到-L参数里面，

 把库文件名(去掉打头的lib和结尾的.a)加到-l参数后面。如下面所示

  gcc -o main -L/root/exercise   main.o -ltest

  此时就会生成一个名为main的可执行文件

  另外，注意- l参数好象应该加到输入文件名的后面，否则会报错。

  比如gcc -o main -L/root/exercise   -ltest main.o就会提示

  main.o(.text+0x11): In function `main':

  : undefined reference to `test'

  collect2: ld returned 1 exit status

  原因我还不清楚:-)

 ⑷执行可执行文件查看效果

  执行./main，  输出

  test

  说明执行成功。

  

四、动态库的编写

1、概述

   动态库一般以.so结尾，就是shared object的意思.

   其基本生成步骤为

   ⑴编写函数代码

   ⑵编译生成动态库文件,要加上 -shared 和 -fpic 选项 ，

     库文件名以lib开头， 以.so 结尾。

     -fpic 使输出的对象模块是按照可重定位地址方式生成的。

-shared指定把对应的源文件生成对应的动态链接库文件libstr.so文件。

   使用方式分为两种: 隐式调用和显示调用  

    隐式调用类似于静态库的使用，但需修改动态链接库的配置文件/etc/ld.so.conf;

    显示调用则是在主程序里使用dlopen、dlsym、dlerror、dlclose等系统函数。

    具体的调用方式会在 "五、动态库的调用" 中详细说明.

2、编写最简单的动态库文件

   为了便于对照， 我们仍然采用静态库中的文件做例子.

    编写如下两个文件，注意放在同一目录中 

    myalib.h   //静态库头文件

    myalib.c   //静态库实现文件

    

    //myalib.h  文件的内容

 void test();

 

 //myalib.c  文件的内容

 #inlcude <stdio.h>

 void test()

 {

  printf("test/n");

 }

 

3、编译生成动态库 ,库文件名以lib开头， 以.so 结尾。

 gcc -fpic -shared -o libtest.so  myalib.c

 此时就生成一个libtest.so文件

 

五、动态库的隐式调用

  隐式调用的含义是代码里不出现库文件名，就是说这个代码和

  调用静态库的代码是类似的。

1、编写测试文件

 //main.c 测试动态库隐式调用的程序

 #include "myalib.h"   //要把函数的头文件包含进来，否则编译时会报错

  int main(int argc,char* argv[])

 {

  test();

  return 0;  

 }

2、 编译测试程序,与静态库类似,要把头文件的路径加到-I参数里面

  gcc -I /root/exercise -o main.o -c main.c

  现在生成了一个main.o文件

3、连接生成测试程序  

  gcc -o main -L/root/exercise   main.o -ltest

  现在生成了一个main文件

4、执行测试程序

  ./main 

  此时出现提示

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

    这个原因就是程序运行时并不知道动态库所在的路径，因此自然找不到。

    解决这个问题的办法有三种。见下节

六、使动态库被系统共享的三种办法

   (再次说明: 本节参考了计算机世界网雨亦奇的文章"LINUX动态链接库高级应用"

     地址http://www.ccw.com.cn/htm/center/prog/02_3_13_3_2.asp)    

(1)拷贝动态链接库到系统共享目录下,或在系统共享目录下为该动态链接库

   建立连接(硬连接或符号连接均可,常用符号连接).这里说的系统共享目录,

   指的是LINUX动态链接库存放的目录,包括

   /lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf文件内所列的一系列目录.

   

   实例：执行 

 # cp libtest.so /lib 

 # ldconfig 

 

  

  或: 

  # ln -s `pwd`/libtest.so /lib 

 # ldconfig 

  

 注意pwd前后有两个反引号`，其目的是取得pwd命令的输出，即当前目录.

 

 此时再执行main，即可成功.

 

(2)将动态链接库所在目录名追加到动态链接库配置文件/etc/ld.so.conf中. 

# pwd >> /etc/ld.so.conf 

# ldconfig 

 

 此时再执行main，即可成功.

 

(3)利用动态链接库管理命令ldconfig,强制其搜索指定目录,并更新缓存文件,便于动态装入. 

 # ldconfig `pwd` 

  

   此时再执行main，即可成功.

   

   要注意,第三种方法虽然有效,但效果是暂时的,供程序测试还可以,一旦再度运行ldconfig,

   则缓存文件内容可能改变,所需的动态链接库可能不被系统共享了.

   而且无论哪种办法，其实质都是用ldconfig命令把动态库文件

   所在路径加入到系统库列表中，(前两种永久，第三种临时)

   

七、动态库的显式调用

  显式调用的含义是代码出现库文件名，用户需要自己去

  打开和管理库文件。其要点为:

  ⑴把dlfcn.h系统头文件包含进来

  ⑵用dlopen函数打开库文件，并指定打开方式

 dllope的的第一个参数为共享库的名称，将会在下面位置查找指定的共享库。

  ①环境变量LD_LIBRARY_PATH列出的用分号间隔的所有目录。

  ②文件/etc/ld.so.cache中找到的库的列表，由ldconfig命令刷新。

  ③目录usr/lib。

  ④目录/lib。

  ⑤当前目录。

 第二个参数为打开共享库的方式。有两个取值

  ①RTLD_NOW：将共享库中的所有函数加载到内存

  ②RTLD_LAZY：会推后共享库中的函数的加载操作，直到调用dlsym()时方加载某函数

  ⑶用dlerror()函数测试是否打开成功，并进行错误处理;

  ⑷用dlsym获得函数地址,存放在一个函数指针中

  ⑸用获得的函数指针进行函数调用。

  ⑹程序结束时用dlclose关闭打开的动态库，防止资源泄露。

  ⑺用ldconfig工具把动态库的路径加到系统库列表中

  

1、编写测试文件

 //main.c 测试动态库显式调用的程序

 #include<dlfcn.h>      //用于动态库管理的系统头文件   

 #include "myalib.h"    //要把函数的头文件包含进来，否则编译时会报错

  int main(int argc,char* argv[])

 {

   //声明对应的函数的函数指针

  void (*pTest)();    

       

         //加载动态库

  void *pdlHandle = dlopen("libtest.so", RTLD_LAZY);  

  

  //错误处理

        if(pdlHandle == NULL )    {

         printf("Failed load library/n");

         return -1;

     }

     char* pszErr = dlerror();

     if(pszErr != NULL)

     {

         printf("%s/n", pszErr);

         return -1;

     }

     

     //获取函数的地址

     pTest = dlsym(pdlHandle, "test"); 

     pszErr = dlerror();

     if(pszErr != NULL)

     {

         printf("%s/n", pszErr);

         dlclose(pdlHandle);

         return -1;

     }

     

     //实现函数调用

     (*pTest)();

  

  //程序结束时关闭动态库

  dlclose(pdlHandle);

  return 0;  

 }  

  

2、编译测试文件 使用-ldl选项指明生成的对象模块需要使用共享库

 gcc -o main -ldl main.c

 执行完后就生成了一个main文件

3、执行测试程序

 执行 ./main

 输出

    test

    说明成功。

六、使用动态库时应注意的其他问题

1、无论是动态库的显式调用还是隐式调用，都需要用

ldconfig工具将动态库的路径加到系统库列表中，否则运行时会出错。   

2、可以用ldd命令检查程序都使用到哪些共享库

 ldd命令行用法如下: 

 ldd [--version] [-v|--verbose] [-d|--data-relocs] [-r|--function-relocs] [--help] FILE... 

  各选项说明如下: 

  (1) --version : 此选项用于打印出ldd的版本号. 

  (2) -v 或 --verbose : 此选项指示ldd输出关于所依赖的动态链接库的尽可能详细的信息. 

  (3) -d 或 --data-relocs : 此选项执行重定位,并且显示不存在的函数. 

  (4) -r 或 --function-relocs : 此选项执行数据对象与函数的重定位,同时报告不存在的对象. 

  (5) --help : 此选项用于打印出ldd的帮助信息. 

  我们一般用-v选项.

  现在看几个实例

  ⑴用静态库连接时的结果  

 #ldd main

 libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74ad000)

 /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)

 可见使用静态库时，由于库已经被编译成程序的一部分，因此ldd的输出中就只有用到的

 系统库。

 

 ⑵用动态库隐式连接时的结果 

  libtest.so => /root/exercise/libtest.so (0xb75e2000)

     libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74ab000)

     /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)

     可见隐式使用动态库时，所有用到的动态库(包括系统和用户的)都会被显示出来。

 

 ⑶动态库显式连接时的结果

 ldd main

 libdl.so.2 => /lib/libdl.so.2 (0xb75e1000)

    libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74aa000)

    /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)

 可见显式使用动态库时，程序中不再保存运行时打开动态库的信息，只保留用到的系统库的信息.   

 这个与使用静态库时的输出是类似的.