學(xué)習(xí)如何用靜態(tài)鏈接庫(kù)將多個(gè) C 目標(biāo)文件結(jié)合到一個(gè)單個(gè)的可執(zhí)行文件之中。

使用 C 編寫的應(yīng)用程序時(shí)，通常有多個(gè)源碼文件，但最終你需要編譯成單個(gè)的可執(zhí)行文件。

你可以通過兩種方式來完成這項(xiàng)工作：通過創(chuàng)建一個(gè) 靜態(tài)static 庫(kù) 或 一個(gè) 動(dòng)態(tài)dynamic 庫(kù)（也被稱為 共享shared 庫(kù)）。從創(chuàng)建和鏈接的方式來看，它們是兩種不同類型的庫(kù)。選擇使用哪種方式取決于你的的具體場(chǎng)景。

在 上一篇文章 中，我演示了如何創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接的可執(zhí)行文件，這是一種更通用的方法。在這篇文章中，我將說明如何創(chuàng)建一個(gè)靜態(tài)鏈接的可執(zhí)行文件。

使用靜態(tài)庫(kù)鏈接器

鏈接器linker是一個(gè)命令，它將一個(gè)程序的多個(gè)部分結(jié)合在一起，并為它們重新組織內(nèi)存分配。

鏈接器的功能包括：

• 整合一個(gè)程序的所有的部分
• 計(jì)算出一個(gè)新的內(nèi)存組織結(jié)構(gòu)，以便所有的部分組合在一起
• 恢復(fù)內(nèi)存地址，以便程序可以在新的內(nèi)存組織結(jié)構(gòu)下運(yùn)行
• 解析符號(hào)引用

鏈接器通過這些功能，創(chuàng)建了一個(gè)名稱為可執(zhí)行文件的一個(gè)可運(yùn)行程序。

靜態(tài)庫(kù)是通過復(fù)制一個(gè)程序中的所有依賴庫(kù)模塊到最終的可執(zhí)行鏡像來創(chuàng)建的。鏈接器將鏈接靜態(tài)庫(kù)作為編譯過程的最后一步。可執(zhí)行文件是通過解析外部引用、將庫(kù)例程與程序代碼結(jié)合在一起來創(chuàng)建的。

創(chuàng)建目標(biāo)文件

這里是一個(gè)靜態(tài)庫(kù)的示例以及其鏈接過程。首先，創(chuàng)建帶有這些函數(shù)識(shí)別標(biāo)志的頭文件 mymath.h :

    int add(int a, int b);
    int sub(int a, int b);
    int mult(int a, int b);
    int divi(int a, int b);

使用這些函數(shù)定義來創(chuàng)建 add.c 、sub.c 、mult.c 和 divi.c 文件。我將把所有的代碼都放置到一個(gè)代碼塊中，請(qǐng)將其分為四個(gè)文件，如注釋所示：

    // add.c
    int add(int a, int b){
    return (a+b);
    }
    //sub.c
    int sub(int a, int b){
    return (a-b);
    }
    //mult.c
    int mult(int a, int b){
    return (a*b);
    }
    //divi.c
    int divi(int a, int b){
    return (a/b);
    }

現(xiàn)在，使用 GCC 來生成目標(biāo)文件 add.o 、sub.o 、mult.o 和 divi.o：

（LCTT 校注：關(guān)于“目標(biāo)文件object file”，有時(shí)候也被稱作“對(duì)象文件”，對(duì)此，存在一些譯法混亂情形，稱之為“目標(biāo)文件”的譯法比較流行，本文采用此譯法。）

    $ gcc -c add.c sub.c mult.c divi.c

-c 選項(xiàng)跳過鏈接步驟，而只創(chuàng)建目標(biāo)文件。

創(chuàng)建一個(gè)名稱為 libmymath.a 的靜態(tài)庫(kù)，接下來，移除目標(biāo)文件，因?yàn)樗鼈儾辉俦恍枰＃ㄗ⒁猓褂靡粋€(gè) trash 命令比使用一個(gè) rm 命令更安全。）

    $ ar rs libmymath.a add.o sub.o mult.o divi.o
    $ trash *.o
    $ ls
    add.c  divi.c  libmymath.a  mult.c  mymath.h  sub.c

現(xiàn)在，你已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)名稱為 libmymath 的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)示例庫(kù)，你可以在 C 代碼中使用它。當(dāng)然，也有非常復(fù)雜的 C 庫(kù)，這就是他們這些開發(fā)者來生成最終產(chǎn)品的工藝流程，你和我可以安裝這些庫(kù)并在 C 代碼中使用。

接下來，在一些自定義代碼中使用你的數(shù)學(xué)庫(kù)，然后鏈接它。

創(chuàng)建一個(gè)靜態(tài)鏈接的應(yīng)用程序

假設(shè)你已經(jīng)為數(shù)學(xué)運(yùn)算編寫了一個(gè)命令。創(chuàng)建一個(gè)名稱為 mathDemo.c 的文件，并將這些代碼復(fù)制粘貼至其中：

    #include <mymath.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int main()
    {
      int x, y;
      printf("Enter two numbers\n");
      scanf("%d%d",&x,&y);
     
      printf("\n%d + %d = %d", x, y, add(x, y));
      printf("\n%d - %d = %d", x, y, sub(x, y));
      printf("\n%d * %d = %d", x, y, mult(x, y));
      if(y==0){
        printf("\nDenominator is zero so can't perform division\n");
          exit(0);
      }else{
          printf("\n%d / %d = %d\n", x, y, divi(x, y));
          return 0;
      }
    }

注意：第一行是一個(gè) include 語句，通過名稱來引用你自己的 libmymath 庫(kù)。

針對(duì) mathDemo.c 創(chuàng)建一個(gè)名稱為 mathDemo.o 的對(duì)象文件:

    $ gcc -I . -c mathDemo.c

-I 選項(xiàng)告訴 GCC 搜索在其后列出的頭文件。在這個(gè)實(shí)例中，你通過單個(gè)點(diǎn)（.）來指定當(dāng)前目錄。

鏈接 mathDemo.o 和 libmymath.a 來生成最終的可執(zhí)行文件。這里有兩種方法來向 GCC 告知這一點(diǎn)。

你可以指向文件：

    $ gcc -static -o mathDemo mathDemo.o libmymath.a

或者，你可以具體指定庫(kù)的路徑及名稱：

    $ gcc -static -o mathDemo -L . mathDemo.o -lmymath

在后面的那個(gè)示例中，-lmymath 選項(xiàng)告訴鏈接器來鏈接對(duì)象文件 mathDemo.o 和對(duì)象文件 libmymath.a 來生成最終的可執(zhí)行文件。-L 選項(xiàng)指示鏈接器在下面的參數(shù)中查找?guī)欤愃朴谀闶褂?nbsp;-I 所做的工作）。

分析結(jié)果

使用 file 命令來驗(yàn)證它是靜態(tài)鏈接的：

    $ file mathDemo
    mathDemo: ELF 64-bit LSB executable, x86-64...
    statically linked, with debug_info, not stripped

使用 ldd 命令，你將會(huì)看到該可執(zhí)行文件不是動(dòng)態(tài)鏈接的：

    $ ldd ./mathDemo
            not a dynamic executable

你也可以查看 mathDemo 可執(zhí)行文件的大小：

    $ du -h ./mathDemo
    932K    ./mathDemo

在我 前一篇文章 的示例中，動(dòng)態(tài)鏈接的可執(zhí)行文件只占有 24K 大小。

運(yùn)行該命令來看看它的工作內(nèi)容：

    $ ./mathDemo
    Enter two numbers
    10
    5
    10 + 5 = 15
    10 - 5 = 5
    10 * 5 = 50
    10 / 5 = 2

看起來令人滿意！

何時(shí)使用靜態(tài)鏈接

動(dòng)態(tài)鏈接可執(zhí)行文件通常優(yōu)于靜態(tài)鏈接可執(zhí)行文件，因?yàn)閯?dòng)態(tài)鏈接會(huì)保持應(yīng)用程序的組件模塊化。假如一個(gè)庫(kù)接收到一次關(guān)鍵安全更新，那么它可以很容易地修補(bǔ)，因?yàn)樗嬖谟趹?yīng)用程序的外部。

當(dāng)你使用靜態(tài)鏈接時(shí)，庫(kù)的代碼會(huì)“隱藏”在你創(chuàng)建的可執(zhí)行文件之中，意味著在庫(kù)每次更新時(shí)（相信我，你會(huì)有更好的東西），僅有的一種修補(bǔ)方法是重新編譯和發(fā)布一個(gè)新的可執(zhí)行文件。

不過，如果一個(gè)庫(kù)的代碼，要么存在于它正在使用的具有相同代碼的可執(zhí)行文件中，要么存在于不會(huì)接收到任何更新的專用嵌入式設(shè)備中，那么靜態(tài)連接將是一種可接受的選項(xiàng)。