Linux动态库生成与使用指南

Linux下动态库文件的文件名形如 libxxx.so，其中so是 Shared Object 的缩写，即可以共享的目标文件。

在链接动态库生成可执行文件时，并不会把动态库的代码复制到执行文件中，而是在执行文件中记录对动态库的引用。

程序执行时，再去加载动态库文件。如果动态库已经加载，则不必重复加载，从而能节省内存空间。

Linux下生成和使用动态库的步骤如下：

1. 编写源文件。
2. 将一个或几个源文件编译链接，生成共享库。
3. 通过 -L<path> -lxxx 的gcc选项链接生成的libxxx.so。
4. 把libxxx.so放入链接库的标准路径，或指定 LD_LIBRARY_PATH，才能运行链接了libxxx.so的程序。

下面通过实例详细讲解。

编写源文件

建立一个源文件： max.c，代码如下：

int max(int n1, int n2, int n3)
{
    int max_num = n1;
    max_num = max_num < n2? n2: max_num;
    max_num = max_num < n3? n3: max_num;
    return max_num;
}

编译生成共享库：

gcc -fPIC -shared -o libmax.so max.c

我们会得到libmax.so。

实际上上述过程分为编译和链接两步， -fPIC是编译选项，PIC是 Position Independent Code 的缩写，表示要生成位置无关的代码，这是动态库需要的特性； -shared是链接选项，告诉gcc生成动态库而不是可执行文件。

上述的一行命令等同于：

gcc -c -fPIC max.c
gcc -shared -o libmax.so max.o

为动态库编写接口文件

为了让用户知道我们的动态库中有哪些接口可用，我们需要编写对应的头文件。

建立 max.h ，输入以下代码：

#ifndef __MAX_H__
#define __MAX_H__

int max(int n1, int n2, int n3);

#endif

测试，链接动态库生成可执行文件

建立一个使用max函数的test.c，代码如下：

#include <stdio.h>
#include "max.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int a = 10, b = -2, c = 100;
    printf("max among 10, -2 and 100 is %d.
", max(a, b, c));
    return 0;
}

gcc test.c -L. -lmax 生成a.out，其中-lmax表示要链接libmax.so。
-L.表示搜索要链接的库文件时包含当前路径。

注意，如果同一目录下同时存在同名的动态库和静态库，比如 libmax.so 和 libmax.a 都在当前路径下，
则gcc会优先链接动态库。

运行

运行 ./a.out 会得到以下的错误提示。

./a.out: error while loading shared libraries: libmax.so: cannot open shared object file: No such file or directory

找不到libmax.so，原来Linux是通过 /etc/ld.so.cache 文件搜寻要链接的动态库的。
而 /etc/ld.so.cache 是 ldconfig 程序读取 /etc/ld.so.conf 文件生成的。
（注意， /etc/ld.so.conf 中并不必包含 /lib 和 /usr/lib，ldconfig程序会自动搜索这两个目录）

如果我们把 libmax.so 所在的路径添加到 /etc/ld.so.conf 中，再以root权限运行 ldconfig 程序，更新 /etc/ld.so.cache ，a.out运行时，就可以找到 libmax.so。

但作为一个简单的测试例子，让我们改动系统的东西，似乎不太合适。
还有另一种简单的方法，就是为a.out指定 LD_LIBRARY_PATH。

LD_LIBRARY_PATH=. ./a.out

程序就能正常运行了。LD_LIBRARY_PATH=. 是告诉 a.out，先在当前路径寻找链接的动态库。

对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so*来完成的，它先后搜索elf文件的 DT_RPATH 段, 环境变量 LD_LIBRARY_PATH, /etc/ld.so.cache文件列表, /lib/,/usr/lib目录, 找到库文件后将其载入内存. (http://blog.chinaunix.net/uid-23592843-id-223539.html)

makefile让工作自动化

编写makefile，内容如下：

.PHONY: build test clean

build: libmax.so

libmax.so: max.o
    gcc -o $@  -shared $<

max.o: max.c
    gcc -c -fPIC $<

test: a.out

a.out: test.c libmax.so
    gcc test.c -L. -lmax
    LD_LIBRARY_PATH=. ./a.out

clean:
    rm -f *.o *.so a.out

make build就会生成libmax.so， make test就会生成a.out并执行，make clean会清理编译和测试结果。

2015-03-11 Wed