芯耀
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一、什么是庫？
在windows平臺和linux平臺下都大量存在著庫。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)布的一組可以單獨與應用程序進行compile time或runtime鏈接的二進制可重定位目標碼文件。
本質上來說庫是一種可執(zhí)行代碼的二進制形式，這個文件可以在編譯時由編譯器直接鏈接到可執(zhí)行程序中，也可以在運行時由操作系統(tǒng)的runtime enviroment根據(jù)需要動態(tài)加載到內(nèi)存中。
一組庫，就形成了一個發(fā)布包，當然，具體發(fā)布多少個庫，完全由庫提供商自己決定。
由于windows和linux的本質不同，因此二者庫的二進制是不兼容的。
現(xiàn)實中每個程序都要依賴很多基礎的底層庫，不可能每個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（動態(tài)庫）。
win32平臺下，靜態(tài)庫通常后綴為.lib，動態(tài)庫為.dll ；
linux平臺下，靜態(tài)庫通常后綴為.a，動態(tài)庫為.so 。
從本質上來說，由同一段程序編譯出來的靜態(tài)庫和動態(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“動態(tài)”。
二者均以文件的形式存在，其本質上是一種可執(zhí)行代碼的二進制格式，可以被載入內(nèi)存中執(zhí)行。無論是動態(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)編譯時由編譯器到指定目錄尋找并且進行鏈接，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. 動態(tài)庫
所謂動態(tài)庫，就是在應用程序運行時，由操作系統(tǒng)根據(jù)應用程序的請求，動態(tài)到指定目錄下尋找并裝載入內(nèi)存中，同時需要進行地址重定向。
3. 區(qū)別
我們以編譯鏈接、載入時刻兩點來討論靜態(tài)庫和動態(tài)庫的區(qū)別。
編譯鏈接
靜態(tài)鏈接庫在程序編譯時會被鏈接到目標代碼中，目標程序運行時將不再需要改動態(tài)庫，移植方便，體積較大，浪費控件和資源，因為所有相關的對象文件與牽涉到庫都被鏈接合成一個可執(zhí)行文件，這樣導致可執(zhí)行文件的體積較大。
動態(tài)庫在程序編譯時并不會被鏈接到目標代碼中，而是在程序運行時才被載入，因為可執(zhí)行文件體積較小。有了動態(tài)庫，程序的升級會相對比較簡單，比如某個動態(tài)庫升級了，只需要更換這個動態(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)行程序在運行時需要能找到動態(tài)庫文件?？蓤?zhí)行文件時動態(tài)庫的調(diào)用者。
程序代碼和庫
載入時刻
二者的不同點在于代碼被載入的時刻不同。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)行程序運行時才載入內(nèi)存的，在編譯過程中僅簡單的引用，因此代碼體積較小。
4. 優(yōu)缺點
相對于動態(tài)庫，靜態(tài)庫的優(yōu)點在于直接被鏈接進可執(zhí)行程序中，之后，該可執(zhí)行程序就不再依賴于運行環(huán)境的設置了（當然仍然會依賴于 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）。
而動態(tài)庫的優(yōu)點在于，用戶甚至可以在程序運行時隨時替換該動態(tài)庫，這就構成了動態(tài)插件系統(tǒng)的基礎。具體使用靜態(tài)庫和動態(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。
| 參數(shù) | 含義 |
|---|---|
| -shared | 指定生成動態(tài)鏈接庫。 |
| -static | 指定生成靜態(tài)鏈接庫。 |
| -fPIC | 表示編譯為位置獨立的代碼，用于編譯共享庫。目標文件需要創(chuàng)建成位置無關碼，概念上就是在可執(zhí)行程序裝載它們的時候，它們可以放在可執(zhí)行程序的內(nèi)存里的任何地方。 |
| -L | 表示要連接的庫在當前目錄中。 |
| -l | 指定鏈接時需要的動態(tài)庫。編譯器查找動態(tài)連接庫時有隱含的命名規(guī)則，即在給出的名字前面加上lib，后面加上.so來確定庫的名稱。 |
| -Wall | 生成所有警告信息。 |
| -ggdb | 此選項將盡可能的生成gdb的可以使用的調(diào)試信息。 |
| -g | 編譯器在編譯的時候產(chǎn)生調(diào)試信息。 |
| -c | 只激活預處理、編譯和匯編,也就是把程序做成目標文件(.o文件)。 |
| -Wl,options | 把參數(shù)(options)傳遞給鏈接器ld。如果options中間有逗號,就將options分成多個選項,然后傳遞給鏈接程序。 |
3. 庫源文件
假定我們要將以下兩個文件制作成庫文件
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
- 需要把 add.c 編譯成.o文件
gcc?-c?add.c
- 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
-
- 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?%dn",add(5,4));
????printf("sub(5,4)?is?%dn",sub(5,4));
}
靜態(tài)庫的文件可以放在任意的位置，編譯時只需要找到該庫文件即可。
gcc?test.c?-o?run?libadd.a
- 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test.c要使用對應的靜態(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)指定對應的頭文件
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. 制作動態(tài)庫并使用
- 把add.c編譯成動態(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
-
- 動態(tài)庫的安裝
- 通常動態(tài)庫拷貝到/lib下即可：
sudo?cp?libadd.so?/lib
- 使用動態(tài)庫
#include?<stdio.h>
#include?"add.h"
void?main()
{
????printf("add(5,4)?is?%dn",add(5,4));
????printf("sub(5,4)?is?%dn",sub(5,4));
}
編譯動態(tài)庫：
gcc?static?-o?run??-ladd
注意觀察編譯時動態(tài)庫的名字與庫文件對應關系
libadd.so<--------->-ladd
去掉 .so, lib簡化成l，其他字母保留。
6. 動態(tài)加載的函數(shù)庫Dynamically Loaded (DL) Libraries
動態(tài)加載的函數(shù)庫Dynamically loaded (DL) libraries是一類函數(shù)庫，它可以在程序運行過程中的任何時間加載。它們特別適合在函數(shù)中加載一些模塊和plugin擴展模塊的場合，因為它可以在當程序需要某個plugin模塊時才動態(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)建的時候是標準的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候或者啟動的時候加載，而是通過一個API來打開一個函數(shù)庫，尋找符號表，處理錯誤和關閉函數(shù)庫。通常C語言環(huán)境下，需要包含這個頭文件。
dlopen()
dlopen函數(shù)打開一個函數(shù)庫然后為后面的使用做準備。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)設置的函數(shù)庫所在的目錄了。否則dlopen（）就會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)的返回值是一個句柄，然后后面的函數(shù)就通過使用這個句柄來做進一步的操作。如果打開失敗dlopen()就返回一個NULL。如果一個函數(shù)庫被多次打開，它會返回同樣的句柄。?
如果有好幾個函數(shù)庫，它們之間有一些依賴關系的話，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（）的錯誤信息。
dlsym()
如果你加載了一個DL函數(shù)庫而不去使用當然是不可能的了，使用一個DL函數(shù)庫的最主要的一個函數(shù)就是dlsym()，這個函數(shù)在一個已經(jīng)打開的函數(shù)庫里面查找給定的符號。這個函數(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
是一個以NIL結尾的字符串。
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)這個返回結果判斷查找的symbol是否存在了；不過，如果某個symbol的值就是NULL，那么這個判斷就有問題了。標準的判斷方法是先調(diào)用dlerror()，清除以前可能存在的錯誤，然后調(diào)用dlsym（）來訪問一個symbol，然后再調(diào)用dlerror（）來判斷是否出現(xiàn)了錯誤。
dlclose()
dlopen()函數(shù)的反過程就是dlclose（）函數(shù)，dlclose（）函數(shù)用力關閉一個DL函數(shù)庫。Dl函數(shù)庫維持一個資源利用的計數(shù)器，當調(diào)用dlclose的時候，就把這個計數(shù)器的計數(shù)減一，如果計數(shù)器為0，則真正的釋放掉。真正釋放的時候，如果函數(shù)庫里面有_fini()這個函數(shù)，則自動調(diào)用_fini（）這個函數(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);?//加載動態(tài)庫
????add=dlsym(libptr,"add");?//獲取函數(shù)地址
????sub=dlsym(libptr,"sub");
????printf("add(5,4)?is?%dn",add(5,4));
????printf("sub(5,4)?is?%dn",sub(5,4));
????dlclose(libptr);
}
四、庫的兩個查看命令
- 查看依賴庫命令ldd
使用ldd命令可以查看一個可執(zhí)行程序依賴哪些庫。
這個命令非常有用，實際工作中經(jīng)常會一直各種庫，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)常會出現(xiàn)庫不兼容的情況，我們需要根據(jù)實際情況，適當?shù)慕档桶姹净蛘呱壈姹尽?/p>
例如：
可以看到線程庫libpthread-2.23.so依賴于libc庫和ld-linux庫。
- nm
nm工具可以打印出庫中的涉及到的所有符號,下面是我們查看我們創(chuàng)建的動態(tài)庫libadd.a：
nm
五、庫的安裝
在新安裝一個庫之后如何讓系統(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)境變量設置，編輯/etc/profile即可。
?vi?/etc/profile
在文件里末尾加上對應的環(huán)境變量信息。
動態(tài)庫環(huán)境變量設置：
export?LD_LIBRARY_PATH=/home/peng/mylib/
/home/peng/mylib/指的是動態(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
在里面添加動態(tài)庫所在路徑即可，例如
/usr/local/lib/
運行l(wèi)dconfig，該命令會重建/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
注意這個庫的安裝程序有BUG,不會自動創(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??end
