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linux库文件编写入门 为什么要使用库文件

2010-04-23 15:03
林契于宸
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linux 库文件编写入门

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

#i nclude "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 `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。

   

   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

#i nclude "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 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

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

#i nclude "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|---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 ---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.
 

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