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(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(yùn)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(dāng)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(zhì)不同，因此二者庫的二進(jìn)制是不兼容的。

現(xiàn)實中每個程序都要依賴很多基礎(chǔ)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(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(zhì)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(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(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. 動態(tài)庫

所謂動態(tài)庫，就是在應(yīng)用程序運(yùn)行時，由操作系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)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(jìn)行地址重定向。

3. 區(qū)別

我們以編譯鏈接、載入時刻兩點(diǎn)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(biāo)代碼中，目標(biāo)程序運(yùn)行時將不再需要改動態(tài)庫，移植方便，體積較大，浪費(fèi)控件和資源，因為所有相關(guān)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(dǎo)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(biāo)代碼中，而是在程序運(yùn)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(yùn)行時需要能找到動態(tài)庫文件。可執(zhí)行文件時動態(tài)庫的調(diào)用者。

載入時刻

二者的不同點(diǎn)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(yùn)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(diǎn)

相對于動態(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(diǎn)在于，用戶甚至可以在程序運(yùn)行時隨時替換該動態(tài)庫，這就構(gòu)成了動態(tài)插件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。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。

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

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?
#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. 制作動態(tài)庫并使用

1. 把a(bǔ)dd.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

2. 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

3. 使用動態(tài)庫

#include?
#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(yīng)關(guān)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(yùn)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(kuò)展模塊的場合，因為它可以在當(dāng)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(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(guān)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(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(jìn)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(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（）的錯誤信息。

dlsym()

如果你加載了一個DL函數(shù)庫而不去使用當(dāng)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(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(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(dāng)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?
#include?
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?%d\n",add(5,4));
????printf("sub(5,4)?is?%d\n",sub(5,4));
????dlclose(libptr);
}

四、庫的兩個查看命令

1. 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(dāng)?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。

2. 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：

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(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應(yīng)的環(huán)境變量信息。

動態(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(yùn)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??

?