【Linux技术】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。

 

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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。

1. 编写函数代码
2. 编译生成各目标文件
3. 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：

1. 在gcc 的-I参数后加上静态库头文件的路径。
2. 在gcc 的-L参数后加上库文件所在目录
3. 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

• lcw_lib.h   //静态库头文件
• lcw_lib.c   //静态库实现文件

//lcw_lib.h 文件的内容
void test();

//lcw_lib.c 文件的内容
#inlcude <stdio.h>
void test()
{
　　printf("lcw_lib test ! 
");
}

 

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3、制作库文件

⑴生成目标文件

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ gcc -c lcw_lib.c
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  lcw_lib.o

　　执行完后会生成一个lcw_lib.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。

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ar -rc libtest.a lcw_lib.o
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  lcw_lib.o  libtest.a
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　 执行完后会生成一个libtest.a文件

 

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4、使用库文件

⑴编写一个测试程序main.c

//main.c 测试静态库调用的程序
#include "lcw_lib.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

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ gcc  -I `pwd` -o main.o -c main.c
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  lcw_lib.o  libtest.a  main.c  main.o
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　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。

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ gcc -o main -L `pwd` main.o -l test
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  lcw_lib.o  libtest.a  main  main.c  main.o
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　此时就会生成一个名为main的可执行文件.

⑷执行可执行文件查看效果

　　执行./main

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ./main 
lcw_lib test ! 
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　OK,测试成功。

 

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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.
　　生成步骤为

1. 编写函数代码
2. 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

1. 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;
2. 显示调用则是在主程序里使用dlopen、dlsym、dlerror、dlclose等系统函数。

2、编写最简单的动态库文件

　　为了便于对照， 现仍然采用静态库中的文件做例子.

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  lcw_lib.o  libtest.a  main  main.c  main.o
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ rm main.o main libtest.a lcw_lib.o
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  main.c
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

 

3、编译生成动态库 ,库文件名以lib开头， 以.so 结尾。

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ gcc -fpic -shared -o libtest.so lcw_lib.c
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  libtest.so  main.c
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　此时就生成一个libtest.so文件。

 

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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，与前面的一样

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

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ gcc -I `pwd` -o main.o -c main.c 
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  libtest.so  main.c  main.o
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　现在生成了一个main.o文件。

3、连接生成测试程序

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ gcc -o main -L `pwd` main.o -l test
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  libtest.so  main  main.c  main.o
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　现在生成了一个main文件。

4、执行测试程序

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ./main 
./main: error while loading shared libraries: libtest.so: cannot open shared object file: No such file or directory
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　出现错误，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。解决方法如下。

 

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六、使动态库被系统共享的三种办法

　　(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.

　　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)

 

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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:

1. 把dlfcn.h系统头文件包含进来
2. 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。

• 环境变量LD_LIBRARY_PATH列出的用分号间隔的所有目录。
• 文件/etc/ld.so.cache中找到的库的列表，由ldconfig命令刷新。
• 目录usr/lib。
• 目录/lib。
• 当前目录。

　　第二个参数为打开共享库的方式。有两个取值

1. RTLD_NOW：将共享库中的所有函数加载到内存
2. RTLD_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
3. 用dlerror()函数测试是否打开成功，并进行错误处理;
4. 用dlsym获得函数地址,存放在一个函数指针中
5. 用获得的函数指针进行函数调用。
6. 程序结束时用dlclose关闭打开的动态库，防止资源泄露。
7. 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

#include<dlfcn.h>      //用于动态库管理的系统头文件
 #include "lcw_lib.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
");
         return -1;
     }
     char* pszErr = dlerror();
     if(pszErr != NULL)
     {
         printf("%s
", pszErr);
         return -1;
     }
     //获取函数的地址
     pTest = dlsym(pdlHandle, "test");
     pszErr = dlerror();
     if(pszErr != NULL)
     {
         printf("%s
", 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

mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ gcc -o main main.c -ldl
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ ls
lcw_lib.c  lcw_lib.h  libtest.so  main  main.c
mystery@lcw:~/Desktop/code/lib_test$ 

　　执行完后就生成了一个main文件,i注意参数 -ldl 需要放在最后，放在前面时编译无法通过