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一、什么是庫?

在windows平臺(tái)和linux平臺(tái)下都大量存在著庫。一般是軟件作者為了發(fā)布方便、替換方便或二次開發(fā)目的，而發(fā)布的一組可以單獨(dú)與應(yīng)用程序進(jìn)行compile time或runtime鏈接的二進(jìn)制可重定位目標(biāo)碼文件。

本質(zhì)上來說庫是一種可執(zhí)行代碼的二進(jìn)制形式，這個(gè)文件可以在編譯時(shí)由編譯器直接鏈接到可執(zhí)行程序中，也可以在運(yùn)行時(shí)由操作系統(tǒng)的runtime enviroment根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)加載到內(nèi)存中。

一組庫，就形成了一個(gè)發(fā)布包，當(dāng)然，具體發(fā)布多少個(gè)庫，完全由庫提供商自己決定。

由于windows和linux的本質(zhì)不同，因此二者庫的二進(jìn)制是不兼容的。

現(xiàn)實(shí)中每個(gè)程序都要依賴很多基礎(chǔ)的底層庫，不可能每個(gè)人的代碼都從零開始，因此庫的存在意義非同尋常。

共享庫的好處是，不同的應(yīng)用程序如果調(diào)用相同的庫，那么在內(nèi)存里只需要有一份該共享庫的實(shí)例。

本文僅討論linux下的庫。

二、庫的分類

庫有兩種：靜態(tài)庫和共享庫(動(dòng)態(tài)庫)。

win32平臺(tái)下，靜態(tài)庫通常后綴為.lib，動(dòng)態(tài)庫為.dll ; 
linux平臺(tái)下，靜態(tài)庫通常后綴為.a，動(dòng)態(tài)庫為.so 。 

從本質(zhì)上來說，由同一段程序編譯出來的靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫，在功能上是沒有區(qū)別的。不同之處僅僅在于其名字上，也就是“靜態(tài)”和“動(dòng)態(tài)”。

二者均以文件的形式存在，其本質(zhì)上是一種可執(zhí)行代碼的二進(jìn)制格式，可以被載入內(nèi)存中執(zhí)行。無論是動(dòng)態(tài)鏈接庫還是靜態(tài)鏈接庫，它們無非是向其調(diào)用者提供變量、函數(shù)和類。

1. 靜態(tài)庫

所謂靜態(tài)庫，就是在靜態(tài)編譯時(shí)由編譯器到指定目錄尋找并且進(jìn)行鏈接，一旦鏈接完成，最終的可執(zhí)行程序中就包含了該庫文件中的所有有用信息，包括代碼段、數(shù)據(jù)段等。

2. 動(dòng)態(tài)庫

所謂動(dòng)態(tài)庫，就是在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，由操作系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用程序的請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)到指定目錄下尋找并裝載入內(nèi)存中，同時(shí)需要進(jìn)行地址重定向。

3. 區(qū)別

我們以編譯鏈接、載入時(shí)刻兩點(diǎn)來討論靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫的區(qū)別。

編譯鏈接

靜態(tài)鏈接庫在程序編譯時(shí)會(huì)被鏈接到目標(biāo)代碼中，目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)將不再需要改動(dòng)態(tài)庫，移植方便，體積較大，浪費(fèi)控件和資源，因?yàn)樗邢嚓P(guān)的對(duì)象文件與牽涉到庫都被鏈接合成一個(gè)可執(zhí)行文件，這樣導(dǎo)致可執(zhí)行文件的體積較大。

動(dòng)態(tài)庫在程序編譯時(shí)并不會(huì)被鏈接到目標(biāo)代碼中，而是在程序運(yùn)行時(shí)才被載入，因?yàn)榭蓤?zhí)行文件體積較小。有了動(dòng)態(tài)庫，程序的升級(jí)會(huì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，比如某個(gè)動(dòng)態(tài)庫升級(jí)了，只需要更換這個(gè)動(dòng)態(tài)庫的文件，而不需要去更換可執(zhí)行文件。但要注意的是，可執(zhí)行程序在運(yùn)行時(shí)需要能找到動(dòng)態(tài)庫文件。可執(zhí)行文件時(shí)動(dòng)態(tài)庫的調(diào)用者。

程序代碼和庫

載入時(shí)刻

二者的不同點(diǎn)在于代碼被載入的時(shí)刻不同。靜態(tài)庫的代碼在編譯過程中已經(jīng)被載入可執(zhí)行程序，因此體積較大。共享庫的代碼是在可執(zhí)行程序運(yùn)行時(shí)才載入內(nèi)存的，在編譯過程中僅簡(jiǎn)單的引用，因此代碼體積較小。

4. 優(yōu)缺點(diǎn)

相對(duì)于動(dòng)態(tài)庫，靜態(tài)庫的優(yōu)點(diǎn)在于直接被鏈接進(jìn)可執(zhí)行程序中，之后，該可執(zhí)行程序就不再依賴于運(yùn)行環(huán)境的設(shè)置了(當(dāng)然仍然會(huì)依賴于 CPU指令集和操作系統(tǒng)支持的可執(zhí)行文件格式等硬性限制)。

而動(dòng)態(tài)庫的優(yōu)點(diǎn)在于，用戶甚至可以在程序運(yùn)行時(shí)隨時(shí)替換該動(dòng)態(tài)庫，這就構(gòu)成了動(dòng)態(tài)插件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。具體使用靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫，由程序員根據(jù)需要自己決定。

三、庫文件的制作

1. 庫文件命名

靜態(tài)庫的名字一般為libxxxx.a，其中xxxx是該lib的名稱;動(dòng)態(tài)庫的名字一般為libxxxx.so.x.y.z，含義如下圖所示：

2. 制作庫文件常用參數(shù)

首先需要了解gcc編譯庫要用到一些參數(shù)，很重要。

3. 庫源文件

假定我們要將以下兩個(gè)文件制作成庫文件 add.c

int add(int x,int y) 
{ 
     return x+y; 
} 
int sub(int x,int y) 
{ 
     return x-y; 
} 

add.h

int add(int x,int y); 
int sub(int x,int y); 

4. 制作靜態(tài)庫并使用

1.需要把 add.c 編譯成.o文件

gcc -c add.c 

2.使用 ar 命令生成靜態(tài)庫libadd.a

ar -rc libadd.a add.o      遵循靜態(tài)庫命名的規(guī)則 lib + 名字 + .a 

3.使用靜態(tài)庫 要是用靜態(tài)庫libadd.a，只需要包含add.h,就可以使用函數(shù)add()、sub()。

#include <stdio.h> 
#include "add.h" 
void main() 
{ 
    printf("add(5,4) is %d\n",add(5,4)); 
    printf("sub(5,4) is %d\n",sub(5,4)); 
} 

靜態(tài)庫的文件可以放在任意的位置，編譯時(shí)只需要找到該庫文件即可。

gcc test.c -o run libadd.a 

4.庫和頭文件如果在其他目錄下

使用以下命令編譯：

gcc -c -I /home/xxxx/include test.c //假設(shè)test.c要使用對(duì)應(yīng)的靜態(tài)庫 
gcc -o test -L /home/xxxxx/lib test.o libadd.a 

或者

gcc -c -I /home/xxxx/include -L /home/xxxxx/lib libadd.a test.c 

1). 通過-I(是大i)指定對(duì)應(yīng)的頭文件 2). 通過-L制定庫文件的路徑,libadd.a就是要用的靜態(tài)庫。3). 在test.c中要包含靜態(tài)庫的頭文件。

5. 制作動(dòng)態(tài)庫并使用

1.把a(bǔ)dd.c編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫libadd.so

gcc -fPIC -o libadd.o -c add.c 
gcc -shared -o libadd.so libadd.o 

也可以直接使用一條命令

gcc -fPIC -shared -o libadd.so add.c 

2.動(dòng)態(tài)庫的安裝 通常動(dòng)態(tài)庫拷貝到/lib下即可：

sudo cp libadd.so /lib 

3.使用動(dòng)態(tài)庫

#include <stdio.h> 
#include "add.h" 
void main() 
{ 
    printf("add(5,4) is %d\n",add(5,4)); 
    printf("sub(5,4) is %d\n",sub(5,4)); 
} 

編譯動(dòng)態(tài)庫：

gcc static -o run  -ladd 

注意觀察編譯時(shí)動(dòng)態(tài)庫的名字與庫文件對(duì)應(yīng)關(guān)系

libadd.so<--------->-ladd 

去掉 .so, lib簡(jiǎn)化成l，其他字母保留。

6. 動(dòng)態(tài)加載的函數(shù)庫Dynamically Loaded (DL) Libraries

動(dòng)態(tài)加載的函數(shù)庫Dynamically loaded (DL) libraries是一類函數(shù)庫，它可以在程序運(yùn)行過程中的任何時(shí)間加載。它們特別適合在函數(shù)中加載一些模塊和plugin擴(kuò)展模塊的場(chǎng)合，因?yàn)樗梢栽诋?dāng)程序需要某個(gè)plugin模塊時(shí)才動(dòng)態(tài)的加載。

Linux系統(tǒng)下，DL函數(shù)庫與其他函數(shù)庫在格式上沒有特殊的區(qū)別，它們創(chuàng)建的時(shí)候是標(biāo)準(zhǔn)的object格式。主要的區(qū)別就是這些函數(shù)庫不是在程序鏈接的時(shí)候或者啟動(dòng)的時(shí)候加載，而是通過一個(gè)API來打開一個(gè)函數(shù)庫，尋找符號(hào)表，處理錯(cuò)誤和關(guān)閉函數(shù)庫。通常C語言環(huán)境下，需要包含這個(gè)頭文件。

dlopen()

dlopen函數(shù)打開一個(gè)函數(shù)庫然后為后面的使用做準(zhǔn)備。C語言原型是：

 void * dlopen(const char *filename, int flag); 
 參數(shù) 
 
filename 
如果文件名filename是以“/”開頭，也就是使用絕對(duì)路徑，那么dlopne就直接使用它，而不去查找某些環(huán)境變量或者系統(tǒng)設(shè)置的函數(shù)庫所在的目錄了。否則dlopen（）就會(huì)按照下面的次序查找函數(shù)庫文件： 
1. 環(huán)境變量LD_LIBRARY指明的路徑。 
2. /etc/ld.so.cache中的函數(shù)庫列表。 
3. /lib目錄，然后/usr/lib。 
 
一些很老的a.out的loader則是采用相反的次序，也就是先查 /usr/lib，然后是/lib。 
 
flag 
的值必須是RTLD_LAZY或者RTLD_NOW，RTLD_LAZY的意思是resolve undefined symbols as code from the dynamic library is executed，而RTLD_NOW的含義是resolve all undefined symbols before dlopen() returns and fail if this cannot be done'。 
返回值 
dlopen（）函數(shù)的返回值是一個(gè)句柄，然后后面的函數(shù)就通過使用這個(gè)句柄來做進(jìn)一步的操作。如果打開失敗dlopen()就返回一個(gè)NULL。如果一個(gè)函數(shù)庫被多次打開，它會(huì)返回同樣的句柄。  

如果有好幾個(gè)函數(shù)庫，它們之間有一些依賴關(guān)系的話，例如X依賴Y，那么你就要先加載那些被依賴的函數(shù)。例如先加載Y，然后加載X。

dlerror()

通過調(diào)用dlerror()函數(shù)，我們可以獲得最后一次調(diào)用dlopen()，dlsym()，或者dlclose()的錯(cuò)誤信息。

dlsym()

如果你加載了一個(gè)DL函數(shù)庫而不去使用當(dāng)然是不可能的了，使用一個(gè)DL函數(shù)庫的最主要的一個(gè)函數(shù)就是dlsym()，這個(gè)函數(shù)在一個(gè)已經(jīng)打開的函數(shù)庫里面查找給定的符號(hào)。這個(gè)函數(shù)如下定義：

void * dlsym(void *handle, char *symbol); 

參數(shù) 
handle 
就是由dlopen打開后返回的句柄， 
symbol 
是一個(gè)以NIL結(jié)尾的字符串。 
功能： 
如果dlsym()函數(shù)沒有找到需要查找的symbol，則返回NULL。如果你知道某個(gè)symbol的值不可能是NULL或者0，那么就很好，你就可以根據(jù)這個(gè)返回結(jié)果判斷查找的symbol是否存在了；不過，如果某個(gè)symbol的值就是NULL，那么這個(gè)判斷就有問題了。標(biāo)準(zhǔn)的判斷方法是先調(diào)用dlerror()，清除以前可能存在的錯(cuò)誤，然后調(diào)用dlsym（）來訪問一個(gè)symbol，然后再調(diào)用dlerror（）來判斷是否出現(xiàn)了錯(cuò)誤。 

dlclose()

dlopen()函數(shù)的反過程就是dlclose()函數(shù)，dlclose()函數(shù)用力關(guān)閉一個(gè)DL函數(shù)庫。Dl函數(shù)庫維持一個(gè)資源利用的計(jì)數(shù)器，當(dāng)調(diào)用dlclose的時(shí)候，就把這個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)減一，如果計(jì)數(shù)器為0，則真正的釋放掉。真正釋放的時(shí)候，如果函數(shù)庫里面有_fini()這個(gè)函數(shù)，則自動(dòng)調(diào)用_fini()這個(gè)函數(shù)，做一些必要的處理。Dlclose()返回0表示成功，其他非0值表示錯(cuò)誤。

舉例

#include <stdio.h> 
#include <dlfcn.h> 
void main() 
{ 
    int (*add)(int x,int y); 
    int (*sub)(int x,int y); 
    void *libptr; 
    libptr=dlopen("./libadd.so",RTLD_LAZY); //加載動(dòng)態(tài)庫 
    add=dlsym(libptr,"add"); //獲取函數(shù)地址 
    sub=dlsym(libptr,"sub"); 
    printf("add(5,4) is %d\n",add(5,4)); 
    printf("sub(5,4) is %d\n",sub(5,4)); 
    dlclose(libptr); 
} 

四、庫的兩個(gè)查看命令

1.查看依賴庫命令ldd

使用ldd命令可以查看一個(gè)可執(zhí)行程序依賴哪些庫。

這個(gè)命令非常有用，實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)一直各種庫，而有些程序的執(zhí)行需要依賴好幾種庫，各種庫的版本有很多歷史版本，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)庫不兼容的情況，我們需要根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)慕档桶姹净蛘呱?jí)版本。

例如：

可以看到線程庫libpthread-2.23.so依賴于libc庫和ld-linux庫。

2.nm

nm工具可以打印出庫中的涉及到的所有符號(hào),下面是我們查看我們創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)庫libadd.a：

nm

五、庫的安裝

在新安裝一個(gè)庫之后如何讓系統(tǒng)能夠找到他，有以下幾種方法：

1. 拷貝到/lib或者/usr/lib下

如果安裝在/lib或者/usr/lib下，那么ld默認(rèn)能夠找到，無需其他操作。如果安裝在其他目錄，需要將其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步驟如下

2.通過配置文件/etc/profile

永久生效的環(huán)境變量設(shè)置，編輯/etc/profile即可。

vi /etc/profile 

在文件里末尾加上對(duì)應(yīng)的環(huán)境變量信息。

動(dòng)態(tài)庫環(huán)境變量設(shè)置：

export LD_LIBRARY_PATH=/home/peng/mylib/ 

/home/peng/mylib/指的是動(dòng)態(tài)庫文件夾所在位置。即，.so等文件在/home/peng/mylib/下。

編輯完成，保存編輯并退出; 使配置即時(shí)生效：

source /etc/profile 

3./etc/ld.so.conf

編輯/etc/ld.so.conf文件，加入庫文件所在目錄的路徑

vim /etc/ld.so.conf 

在里面添加動(dòng)態(tài)庫所在路徑即可，例如

/usr/local/lib/ 

運(yùn)行l(wèi)dconfig，該命令會(huì)重建/etc/ld.so.cache文件

七、常見庫的移植

1.jpeg庫,用于jpeg圖像處理

下載地址：

http://www.ijg.org/files/

解壓

tar xvzf jpegsrc.v6b.tar.gz 
cd jpeg-6b 

生成Makefile

./configure --host=arm-linux-gnueabihf --prefix=$PWD/temp_install 

編譯， 安裝

make 
make install 

注意這個(gè)庫的安裝程序有BUG,不會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建發(fā)布的lib,include,man等,因此要手工創(chuàng)建,要不先把其它庫做好,再安裝這個(gè)庫

mkdir -p /home/peng/jpeg-6b/temp_install/include 
 mkdir -p /home/peng/jpeg-6b/temp_install/lib 
 mkdir -p /home/peng/jpeg-6b/temp_install/man/man1   

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