linux下库文件的编程

　　编程到了一定的时候，总喜欢追求新的东西。将代码尽量模块化就是我的追求之一，原来只是满足于将代码从单文件中分离，通过头文件和实现文件实现模块化，后来发现最好的方法是打包成库文件，使用更加方便。尽管在linux和windows下都有大量的库文件，由于二者的工具不同，加上笔者主要是在linux下编程和教学，因此本文主要介绍Linux下的库文件的制作。

　　库文件在linux中主要有两种：静态库和动态库（共享库），二者的不同主要有：

　　1、载入时机不同：静态库是在编译时进行载入到代码中；共享库在运行时载入到代码中；

　　2、对生成的可执行文件的影响不同：静态库的缺失不会影响后期可执行文件的运行；共享库的缺失会影响可执行文件的执行；

　　3、对可执行文件大小改变不同：静态库在编译过程中将所有文件添加到可执行文件中，生成可执行文件偏大；共享库在编译过程中将所有文件链接到可执行文件中，生成的可执行文件几乎没有增大；

　　4、后期维护的影响不同：静态库可能会重复应用，浪费空间；共享库更容易引用使用，只需要一份库实现多个文件的共享使用；

　　5、后缀名称不同：静态库的后缀名是.a; 动态库的后缀名是.so;

　　6、生成方式不同：静态库主要是gcc将*.c文件形成*.o文件，使用ar命令打包成.a文件即可；动态库文件主要由gcc加上特定参数编译生成

　　7、形成的可执行文件的执行方式不同：静态库生成的可执行文件直接执行即可；动态库生成的可执行文件执行时须保证动态库文件能够被找到：可以将动态库文件链接或复制到/usr/lib或/lib目录，一般不这样做；设置环境变量LD_LIBRARY_PATH，使用命令export  LD_LIBRARY_PATH=$(pwd)；使用命令ldconfig目录，将制定目录下的动态链接库被系统共享起来sudo ldconfig /home/munication/WORKM/libDemo/;

　　作为现成的库文件，一般都具有成熟可靠、能够复用、接口明确等特点。因此，善于利用库文件，会让初学者很容易站在巨人的肩膀上。

　　下面为了更好的说明问题，通过三种方式来形成一个可执行文件testCal，功能很简单。

　　一、不是用库的方式，代码add.c、sub.c、mul.c、div.c、mod.c、cal.h testCal.c都是一样的：

add.c　　

 1 int add(int var1, int var2){                                                
 2     return var1 + var2;
 3 }

sub.c

 1 int sub(int var1, int var2){                                                
 2     return var1 - var2;
 3 }

mul.c

 1 int mul(int var1, int var2){                                                
 2     return var1 * var2;
 3 }

div.c

 1 int div(int var1, int var2){                                                
 2     if(0==var2){
 3         return -1;
 4     }else{
 5         return var1 / var2;
 6     }
 7 }

mod.c

 1 int mod(int var1, int var2){                                                
 2     return var1 % var2;
 3 } 

cal.h

 1 #ifndef cal_h
 2 #define cal_h
 3                                                                             
 4 int add(int, int);
 5 int sub(int, int);
 6 int mul(int, int);
 7 int div(int, int);
 8 int mod(int, int);
 9 
10 #endif

testCal.c

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 #include "cal.h"
 4 
 5 int main(int argc, char **argv)
 6 {
 7     int var1;
 8     int var2;
 9     printf("please input the var1: ");
10     scanf("%d", &var1);
11     printf("please input the var2: ");
12     scanf("%d", &var2);
13     printf("%d add %d is %d
", var1, var2, add(var1, var2));
14     printf("%d sub %d is %d
", var1, var2, sub(var1, var2));
15     printf("%d mul %d is %d
", var1, var2, mul(var1, var2));
16     printf("%d div %d is %d
", var1, var2, div(var1, var2));
17     printf("%d mod %d is %d
", var1, var2, mod(var1, var2));               
18 
19     return 0;
20 }

　　这个是附加的文件makefile，文件名称为makefile

 1 OBJ=testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o
 2 testCal:$(OBJ) cal.h
 3     gcc -o testCal $(OBJ) 
 4 testCal.o:testCal.c
 5 add.o:add.c
 6 sub.o:sub.c
 7 mul.o:mul.c
 8 div.o:div.c
 9 mod.o:mod.c
10 
11 .PHONY:cleanA clean
12 cleanA:
13     rm testCal $(OBJ)                                                       
14 clean:
15     rm $(OBJ) 

　　如果有上边的makefile文件，下面的操作都是假设上边所有的文件：add.c  cal.h  div.c  makefile  mod.c  mul.c  sub.c  testCal.c都在/home/munication/WORKM/libDemo/目录下

　　终端下到/home/munication/WORKM/libDemo/目录下，

　　使用下面的目录生成可执行文件，并有下面的提示信息：　

make

cc    -c -o testCal.o testCal.c
cc    -c -o add.o add.c
cc    -c -o sub.o sub.c
cc    -c -o mul.o mul.c
cc    -c -o div.o div.c
cc    -c -o mod.o mod.c
gcc -o testCal testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o 

　　如果其中的文件更改，可以使用同一个命令make即可重新编译生成新的执行文件，make会自动判断那些文件需要编译，如果需要把中间文件删除，使用命令make clean，提示信息为；

make clean                                           　　#删除中间文件*.o，保留testCal可执行文件
make cleanA                                          　　#删除所有生成文件，包括中间文件*.o，最终testCal可执行文件

rm testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o    　　　　　　#删除中间文件*.o，保留testCal可执行文件
rm testCal testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o   　　#删除所有生成文件，包括中间文件*.o，最终testCal可执行文件  

　　如果不用makefile文件，可以使用手工命令：

gcc -c add.c sub.c mul.c div.c mod.c testCal.c　　　　　　#形成目标文件
gcc -o testCal testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o  #生成可执行文件
rm testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o 　　　　　　　 #删除中间文件*.o，保留testCal可执行文件
rm testCal testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o 　　  #删除所有生成文件，包括中间文件*.o，最终testCal可执行文件 　　　　

　　查看文件大小：

[munication@develop libDemo]$ ls -l
总用量 40
-rw-r--r-- 1 munication munication   52 7月   9 12:39 add.c
-rw-r--r-- 1 munication munication  132 7月   9 12:55 cal.h
-rw-r--r-- 1 munication munication   91 7月   9 12:41 div.c
-rw-r--r-- 1 munication munication  235 7月   9 14:55 makefile
-rw-r--r-- 1 munication munication   52 7月   9 12:42 mod.c
-rw-r--r-- 1 munication munication   52 7月   9 12:40 mul.c
-rw-r--r-- 1 munication munication   52 7月   9 12:40 sub.c
-rwxr-xr-x 1 munication munication 7388 7月   9 14:53 testCal
-rw-r--r-- 1 munication munication  517 7月   9 13:02 testCal.c

　　很明显，可以看出形成的可执行文件的大小是7388字节，7k字节的大小。

　　执行可执行文件，使用命令：

[munication@develop libDemo]$ testCal 
please input the var1: 14
please input the var2: 3
14 add 3 is 17
14 sub 3 is 11
14 mul 3 is 42
14 div 3 is 4
14 mod 3 is 2

　　二、使用静态库文件，生成静态库。库文件一般以lib为前缀，紧接着是库的名称，扩展名为.a，例如我们这里要创建库名libcal.a的库，使用命令ar,具体如下：

ar rcs libcal.a add.o sub.o mul.o div.o mod.o

　　使用静态库，创建库文件的接口文件头文件，本文中是cal.h文件，使用库文件的文件testCal.c包含头文件cal.h文件即可，使用如下命令编译：

gcc -o testCal testCal.c -static -L. -lcal

　　其中上边命令的说明：

　　（1）、gcc -o testCal：使用gcc编译，-o指定文件名，后边的testCal就是最终生成的文件名

　　（2）、-static：指明使用静态库

　　（3）、-L.：-L指明使用库，后面的.表明库文件在当前目录

　　（4）、-lcal：表明是库文件的名称，其中-表明是选项，l是lib的简写，后边的cal才是真正的库文件名称，后缀名是不需要的

　　查看文件的大小：

[munication@develop libDemo]$ ls -l
总用量 764
-rw-r--r-- 1 munication munication     52 7月   9 12:39 add.c
-rw-r--r-- 1 munication munication    132 7月   9 12:55 cal.h
-rw-r--r-- 1 munication munication     91 7月   9 12:41 div.c
-rw-r--r-- 1 munication munication   4608 7月   9 15:10 libcal.a
-rw-r--r-- 1 munication munication    235 7月   9 14:55 makefile
-rw-r--r-- 1 munication munication     52 7月   9 12:42 mod.c
-rw-r--r-- 1 munication munication     52 7月   9 12:40 mul.c
-rw-r--r-- 1 munication munication     52 7月   9 12:40 sub.c
-rwxr-xr-x 1 munication munication 740140 7月   9 15:16 testCal
-rw-r--r-- 1 munication munication    517 7月   9 13:02 testCal.c

　　可以很明显看出：使用静态库文件的可执行文件的大小为740140字节，超过700k字节

　　执行可执行文件，使用命令：

[munication@develop libDemo]$ testCal 
please input the var1: 14
please input the var2: 3
14 add 3 is 17
14 sub 3 is 11
14 mul 3 is 42
14 div 3 is 4
14 mod 3 is 2

　　三、使用动态库文件：生成动态库文件。库文件一般以lib为前缀，紧接着是库的名称，扩展名为.so，例如我们这里要创建库名libcal.so的库,具体如下：　

[munication@develop libDemo]$ make
cc    -c -o testCal.o testCal.c
cc    -c -o add.o add.c
cc    -c -o sub.o sub.c
cc    -c -o mul.o mul.c
cc    -c -o div.o div.c
cc    -c -o mod.o mod.c
gcc -o testCal testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o 

　　以上，先运行make命令，通过makefile文件生成目标文件testCal.o add.o sub.o mul.o div.o mod.o，接着使用下面命令：

gcc -shared -fPIC -o libcal.so add.o sub.o mul.o div.o mod.o

　　其中上边命令的说明：

　　（1）、gcc -o libcal.so：使用gcc编译，-o指定文件名，后边的libcal.so就是最终生成的动态库名

　　（2）、-shared：指明生成动态库

　　（3）、-fPIC.：该选项告诉gcc产生的代码不要包含对函数和变量具体内存位置的引用，运行时进行地址链接

gcc -o testCal testCal.c -L. -lcal

　　其中上边命令的说明：

　　（1）、gcc -o testCal：使用gcc编译，-o指定文件名，后边的libcal.so就是最终生成可执行文件名称

　　（2）、没有使用-static：指明使用动态库

　　（3）、-L.：-L指明使用库，后面的.表明库文件在当前目录

　　（4）、-lcal：表明是库文件的名称，其中-表明是选项，l是lib的简写，后边的cal才是真正的库文件名称，后缀名是不需要的

　　查看文件大小：

[munication@develop libDemo]$ ls -l
总用量 56
-rw-r--r-- 1 munication munication   52 7月   9 12:39 add.c
-rw-r--r-- 1 munication munication  132 7月   9 12:55 cal.h
-rw-r--r-- 1 munication munication   91 7月   9 12:41 div.c
-rw-r--r-- 1 munication munication 4608 7月   9 15:10 libcal.a
-rwxr-xr-x 1 munication munication 6832 7月   9 15:51 libcal.so
-rw-r--r-- 1 munication munication  235 7月   9 14:55 makefile
-rw-r--r-- 1 munication munication   52 7月   9 12:42 mod.c
-rw-r--r-- 1 munication munication   52 7月   9 12:40 mul.c
-rw-r--r-- 1 munication munication   52 7月   9 12:40 sub.c
-rwxr-xr-x 1 munication munication 7296 7月   9 16:01 testCal
-rw-r--r-- 1 munication munication  517 7月   9 13:02 testCal.c

　　可以很明显看出：使用动态库文件的可执行文件的大小为7296字节，超过7k字节，比不打包成库大了一点，多了链接信息，比静态库小了很多，差不多只有静态库的1%大小。

　　执行可执行文件时，可能会出现错误，提示找不到动态库文件libcal.so文件，解决方案主要有如下几种：

　　（1）、将生成的库文件libcal.so文件复制到目录/usr/lib或者/lib目录中，这种方式容易污染系统的库文件，也可以将自己作的库文件libcal.so链接到/usr/lib或/lib中，再次执行可执行文件就正常了；

　　（2）、连接器会搜索LD_LIBRARY_PATH指定的目录，将该环境变量设置为当前目录，具体命令为：

export  LD_LIBRARY_PATH=$(pwd)

　　（3）、使用命令ldconfig目录，将制定目录下的动态链接库被系统共享起来，具体命令为：

sudo ldconfig /home/munication/WORKM/libDemo/

 　　最后的附加：可以使用命令ldd查看可执行文件执行时调用的动态库，具体命令为：

[munication@develop libDemo]$ ldd testCal
        linux-gate.so.1 (0xb777d000)
        libcal.so => /home/munication/WORKM/libDemo/libcal.so (0xb7745000)
        libc.so.6 => /usr/lib/libc.so.6 (0xb7585000)
        /lib/ld-linux.so.2 (0xb777f000)

　　gcc编译时搜索库文件的顺序，可以通过一定的手段覆盖系统的库文件，一般不要这么做，后果可能会很严重。

　　静态库链接时搜索路径顺序:
　　（1）. ld 会去找 GCC 命令中的参数-L
　　（2）. 再找 gcc 的环境变量 LIBRARY_PATH
　　（3）. 再找内定目录 /lib /usr/lib /usr/local/lib 这是当初 compile gcc 时写在程序内的
　　动态链接时、执行时搜索路径顺序:
　　（1）. 编译目标代码时指定的动态库搜索路径;
　　（2）. 环境变量 LD_LIBRARY_PATH 指定的动态库搜索路径;
　　（3）. 配置文件/etc/ld.so.conf 中指定的动态库搜索路径;
　　（4）. 默认的动态库搜索路径/lib;
　　（5）. 默认的动态库搜索路径/usr/lib。
　　有关环境变量:
　　（1）.LIBRARY_PATH 环境变量:指定程序静态链接库文件搜索路径
　　（2）.LD_LIBRARY_PATH 环境变量:指定程序动态链接库文件搜索路径