C/C++教程

Ubuntu下使用GCC制作库文件

本文主要是介绍Ubuntu下使用GCC制作库文件,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

GCC制作库文件

什么是库文件

所谓库文件,读者可以将其等价为压缩包文件,该文件内部通常包含不止一个目标文件(也就是二进制文件)。值得一提的是,库文件中每个目标文件存储的代码,并非完整的程序,而是一个个实用的功能模块。例如,C 语言库文件提供有大量的函数(如 scanf()printf()strlen() 等),C++ 库文件不仅提供有使用的函数,还有大量事先设计好的类(如 string 字符串类)。

库文件的产生,极大的提高了程序员的开发效率,因为很多功能根本不需要从 0 开发,直接调取包含该功能的库文件即可。并且,库文件的调用方法也很简单,以 C 语言中的 printf() 输出函数为例,程序中只需引入 <stdio.h> 头文件,即可调用 printf() 函数。

事实上,库文件只是一个统称,代指的是一类压缩包,它们都包含有功能实用的目标文件。要知道,虽然库文件用于程序的链接阶段,但编译器提供有 2 种实现链接的方式,分别称为静态链接方式和动态链接方式,其中采用静态链接方式实现链接操作的库文件,称为 静态链接库 ;采用动态链接方式实现链接操作的库文件,称为 动态链接库

静态链接库实现链接操作的方式很简单,即程序文件中哪里用到了库文件中的功能模块,GCC 编译器就会将该模板代码直接复制到程序文件的适当位置,最终生成可执行文件。

静态链接库

使用静态库文件实现程序的链接操作,既有优势也有劣势:

  • 优势是,生成的可执行文件不再需要任何静态库文件的支持就可以独立运行(可移植性强);
  • 劣势是,如果程序文件中多次调用库中的同一功能模块,则该模块代码势必就会被复制多次,生成的可执行文件中会包含多段完全相同的代码,造成代码的冗余。

注:

  1. 和使用动态链接库生成的可执行文件相比,静态链接库生成的可执行文件的体积更大。

  2. 另外值得一提的是,在 Linux 发行版系统中,静态链接库文件的后缀名通常用 .a 表示;在 Windows 系统中,静态链接库文件的后缀名为 .lib。

动态链接库

动态链接库,又称为共享链接库。和静态链接库不同,采用动态链接库实现链接操作时,程序文件中哪里需要库文件的功能模块,GCC 编译器不会直接将该功能模块的代码拷贝到文件中,而是将功能模块的位置信息记录到文件中,直接生成可执行文件。

显然,这样生成的可执行文件是无法独立运行的。采用动态链接库生成的可执行文件运行时,GCC 编译器会将对应的动态链接库一同加载在内存中,由于可执行文件中事先记录了所需功能模块的位置信息,所以在现有动态链接库的支持下,也可以成功运行。

采用动态链接库实现程序的连接操作,其优势和劣势恰好和静态链接库相反:

  • 优势是,由于可执行文件中记录的是功能模块的地址,真正的实现代码会在程序运行时被载入内存,这意味着,即便功能模块被调用多次,使用的都是同一份实现代码(这也是将动态链接库称为共享链接库的原因)。
  • 劣势是,此方式生成的可执行文件无法独立运行,必须借助相应的库文件(可移植性差)。

注:

  1. 和使用静态链接库生成的可执行文件相比,动态链接库生成的可执行文件的体积更小,因为其内部不会被复制一堆冗余的代码。

  2. 在 Linux 发行版系统中,动态链接库的后缀名通常用 .so 表示;在 Windows 系统中,动态链接库的后缀名为 .dll。

值得一提的是,GCC 编译器生成可执行文件时,默认情况下会优先使用动态链接库实现链接操作,除非当前系统环境中没有程序文件所需要的动态链接库,GCC 编译器才会选择相应的静态链接库。如果两种都没有(或者 GCC 编译器未找到),则链接失败。

在 Linux 发行版中,静态链接库和动态链接库通常存放在 /usr/bin 或者 /bin 目录下。图 1 所示是在 CentOS 系统中,系统库文件在 /usr/bin 目录下的存储状态。

实验代码

假设有如下代码:

//test.h

#ifndef __TEST__
#define __TEST__

#include <iostream>
#include <string>

int func(std::string& str);

#endif

//test.cpp
#include "test.h"

int func(std::string& str){
    std::cout << "show something:" << std::endl;
    std::cout << str << std::endl;
    return str.size();
}
//main.cpp
#include "test.h"

int main(){
    std::string str = "你好世界!";
    std::cout << func(str) << std::endl;
    return 0;
}

GCC制作静态库

静态库文件的命名方式是:libxxx.a,库名前加“ lib ”,后缀用“ .a ”,“ xxx ”为静态库名。

  • 把程序文件public.cpp编译成静态库的指令:
g++ -c -o libtest.a test.cpp
  • 使用静态库的方法一,直接把调用者源代码和静态库文件名一起编译:
g++ -o main main.cpp libtest.a
  • 使用静态库的方法二,采用 -L 参数指定静态库文件的目录, -l 参数指定静态库名。
g++ -o main main.cpp -L./ -ltest

命令行中,./表示当前目录,test是库名

注:

  1. 如果要指定多个静态库文件的目录,用法是“-L/目录1 -L目录2 -L目录3”;
  2. 链接库的文件名是libpublic.a,但链接库名是”public”,不是“libpublic.a”;
  3. 如果要指定多个静态库,用法是“-l库名1 -l库名2 -l库名3”。
  • 运行结果:
littleboy@littleboy-workspace:~/CC++/test$ ./main
show something:
你好世界!
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GCC制作动态库

动态库在编译时并不会被连接到目标代码中,而是在程序运行时才被载入,因此在程序运行时还需要指定动态库的目录。

动态库的命名方式与静态库类似,前缀相同,为“lib”,后缀变为“.so” “xxx”为动态库名。

把程序文件public.cpp编译成动态库的指令:

g++ -fPIC -shared -o libtest.so test.cpp

使用动态库的方法与使用静态库的方法基本相同。

g++ -o main main.cpp -L./ -ltest -Wl,-rpath=./

注:

  1. 如果在动态库文件和静态库文件同时存在,优先使用动态库编译。
  2. -L./只是制定了编译阶段库文件在./处找到所需库文件,运行时,需要把动态库复制到路径/lib/usr/lib(Linux动态库的默认搜索路径是/lib和/usr/lib)。
  3. 当需要自行指定运行时动态库时,有三种方法:
    • 方法一: 在配置文件/etc/ld.so.conf中指定动态库搜索路径;
    • 方法二: 通过环境变量LD_LIBRARY_PATH指定动态库搜索路径;(使用命令export LD_LIBRARY_PATH=/home/wucz/demo:.
    • 方法三: 在编译目标代码时指定该程序的动态库搜索路径。
  4. 此处在编译时使用参数 -Wl,-rpath=./ 指定运行时搜索路径为 ./

运行main:

  • 运行结果:
littleboy@littleboy-workspace:~/CC++/test$ ./main
show something:
你好世界!
15

修改动态库代码

动态库代码稍作修改:

//test.cpp
#include "test.h"

int func(std::string& str){
    std::cout << "我正在使用动态库..." << std::endl;
    std::cout << str << std::endl;
    return str.size();
}

直接编译(无需编译main.cpp):

g++ -fPIC -shared -o libtest.so test.cpp

运行main:

  • 运行结果:
littleboy@littleboy-workspace:~/CC++/test$ ./main 
我正在使用动态库...
你好世界!
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从上面可以看出,动态库在编译的时候只做语法检查,并没有被编译进目标代码,当程序执行到动态库中的函数时才调用该函数库里的代码。
动态函数库并没有整合进程序,所以程序的运行环境必须提供动态库路径。
优点是,如果所使用的动态库发生更新改变,程序不需要重新编译,所以动态库升级比较方便。

  • 参考文献:
  1. 佚名. GCC使用静态链接库和动态链接库. C语言中文网[J/OL]. http://c.biancheng.net/view/8010.html , 发表日期:不详 / 2021/09/07

  2. 码农有道. Linux静态库与动态库. C语言技术网[J/OL]. http://www.freecplus.net/05944de09a3942a89a571d523712b548.html , 发表日期:不详 / 2021/09/07

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