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Linux系列

文章目录

Linux系列
前言
一、动静态库的概念引入
- 1.1 库的基本概念
- 1.2 静态库（Static Library）
- 1.3 动态库（Dynamic Library）
- 1.4 动静态库的核心区别
二、动静态库的实现
- 2.1 静态库的创建及使用
- 2.2 动态库的创建和使用
- 三、优缺点对比
- - - 静态库
    - 动态库
总结

前言

在Linux系统开发中，静态库和动态库是我们经常使用的两种库文件类型，使用库文件进行开发工作，可以大大提高我们的开发效率，学习动静态库的差异及使用方式是我们熟练运用它的前提。
本篇文章我们将通过自己制作动静态库，来深入的学习动静态的使用、差异、原理。

一、动静态库的概念引入

在我们学习语言的过程中，不可避免的会使用库函数，那么它到底是什么呢？又是如何实现的呢？
接下来我们会慢慢回答这个问题。

1.1 库的基本概念

库是用来实现代码共享的，是预编译的代码集合（.o文件的集合），用来提供可复用的函数、类或数据，从而简化我们的开发过程提高开发效率，当我们使用库中的代码时只需要对库链接就可以使用。库又分为动态库和静态库两种类型，这两者各有其特点。

1.2 静态库（Static Library）

静态库通常由多个.o文件打包形成，以.a为后缀的文件集合。当可执行程序链接静态库时，在程序编译阶段会将使用到的，库中的程序所在的.o文件，全部嵌入至可执行文件中。

静态库的特点：

文件编译时会将程序所用到的代码所在的.o文件全部嵌入至可执行文件中。
每个可执行文件相对库来说是独立的（依赖代码已嵌入可执行文件）。
不需要在程序运行时进行额外的文件加载。
链接静态库会增加可执行文件的体积。
库文件更新时需要重新编译所依赖该库的可执行文件。

1.3 动态库（Dynamic Library）

动态库比较复杂，我会在本片后面，及其后续文章不断补充相关知识

动态库是在程序运行时再加载的共享库，当程序执行时通过链接器与动态库建立关系，这个过程并不会发生拷贝。动态库同样是以多个.o文件打包的，以.so为后缀的文件集。

动态库的特点：

程序运行时由操作系统动态加载、链接。
一份被加载到内存的动态库，可被多个程序共享，减少了内存、磁盘的空间消耗。
程序不需要额外内存，相较于链接静态库的可执行文件所占内存较小。
更行动态库不需要重新编译可执行文件。

1.4 动静态库的核心区别

特性	静态库 (.a)	动态库 (.so)
链接方式	编译时直接嵌入到可执行文件中	运行时由动态链接器（如 `ld-linux.so`）加载
文件体积	可执行文件较大（包含库代码拷贝）	可执行文件较小（仅记录引用）
内存占用	每个进程独立加载库代码，内存冗余	多个进程共享同一份库内存
更新维护	需重新编译程序	替换 `.so` 文件后立即生效
依赖管理	无外部依赖，独立运行	需确保运行时库路径正确
加载速度	启动快（无需加载库）	启动稍慢（需加载库）

静态库： 静态库的链接发生在可执行程序的编译时。编译器会将可执行文件中所涉及库中的代码，对应的.o文件嵌入到可执行文件中。
动态库： 动态库的链接发生在程序运行。动态库的链接会在程序启动时将动态库加载至内存的共享区，并库代码链接至可执行程序中（具体行为会在下篇文章中详细介绍）。

二、动静态库的实现

静态库和动态库本质都是.o文件的集合，只是在应用层两者的库文件的打包方式及访问方式存在差异，下面我们使用简单的代码，感受库的创建及使用，来深入学习。

在此过程中我们会以库的制作者和使用者两个视角来感受

2.1 静态库的创建及使用

代码部分：

  #pragma once   //防止头文件被重复包含                                                                                                                   #include<stdio.h>extern int myerrno;//标识该变量在源文件中已声明，具体作用可以搜一下int mydiv(int x,int y);

上面代码为mymath.h文件代码，学到这里我们就必须知道了，在我们编写代码时包含的.h文件（头文件）其实就是相当于库函数的一份说明书，内部并不存在具体函数实现。

  #include"mymath.h"int myerrno=0;int mydiv(int x,int y){                                                                                                                                 if(y==0){myerrno=1;//防止除0错误return -1;}return x/y;}

上述代码为mymath.c文件内容。

  1 static-lib=libmymath.a2 $(static-lib):mymath.o3     ar -rc $@ $^4 mymath.o:mymath.c5     gcc -c $^6 .PHONY:output7 output: 8    mkdir -p mylib/include9    mkdir -p mylib/lib10    cp *.h mylib/include11    cp *.a mylib/lib12 13 .PHONY:clear14 clear:15     rm -rf *.o *.a  mylib

上面代码为Makefile文件内容，我来简单的解释一下：

2~3：使用ar -rc指令将.o文件打包成名为libmymath.a的静态库。

6~12：模拟库的发布，供使用者使用（Linux中也存在，存储库及头文件的目录）。

在这里插入图片描述
创建出我们的静态库并将库发布。

在这里插入图片描述
使用者将别人的库安装到自己所在路径。

   #include<mymath.h>int main(){int tmp=mydiv(10,1);printf("%d\n",tmp);return 0;}

上面为main.c文件内容。
注意到了这里我们的库还是无法做到，像使用系统中的默认库那样使用，当你编译此文件时会发生链接错误，当我们的程序执行时找不到mymath.h的内容，这点很容易理解，他们都不在同一路径下，那么为什么c语言的库函数就可以直接编译呢？在Linux系统中，当我们在指向一个程序时，系统默认会去/usr/include/路径下寻找程序所包含的头文件，会去/lib64/路径下去找程序所需要的库文件，所以要想我们的库可以像c库一样被使用，只需将我们所写的libmymath.a库和mymath.h拷贝到上述系统路径即可，这里我们就不演示了，下面我们介绍另一种方法：

gcc 目标文件 -I 指定头文件搜索路径 -L 指定库文件搜索路径 -l指定链接库文件

gcc main.c -I mylib/include/ -L mylib/lib/ -lmymath

这里需要注意的是，当我们指定库文件是，只需要库文件名即可：lib库文件名.a。

在这里插入图片描述
程序成功编译并执行，此时a.out可执行文件中，已经嵌入一份mymath.o文件的数据了，即使你将库删除文件仍能执行，这里我就不演示了。

2.2 动态库的创建和使用

这里我们着重讲解两者不同的部分

代码部分：
mymethod.h文件内容：

  1 #pragma once2 #include<stdio.h>                                                                                                                 3 int print(char *str);

mymethod.c文件的内容：

  1 #include"mymethod.h"2 3 int print(char *str)                                                                                                              4 {5   printf("%s\n",str);6   return 0;7 }

Makefile文件的内容：

  1 dy-lib=libmymethod.so2 $(dy-lib):mymethod.o3     gcc -shared -o $@ $^4 mymethod.o:mymethod.c5     gcc -fPIC -c $^6 .PHONY:output7 output: 8    mkdir -p mylib/include9    mkdir -p mylib/lib10    cp *.h mylib/include11    cp *.so mylib/lib12 .PHONY:clear13 clear:14     rm -rf *.o  *.so mylib

2~3：将.o文件打包变为动态库，与静态库的打包方式不同。

4~5：将.c文件编译为.o文件
-fPIC：生成位置无关码，会在下篇介绍

接下来我们直接将库生成，并发布，以使用者角度再次探讨：

    1 #include<mymethod.h>2 3 int main()4 {                                                                                                                               5   print("abcdefg");6   return 0;7 }

在这里插入图片描述

现在我们使用程序链接静态库一样的方式，链接了动态库并生成了可执行文件，但是如果我们仅做了上面这些行为，生成的可执行程序还是无法执行，这是因为不同于静态链接的行为（将库嵌入到可执行文件），动态链接在链接时只是记录依赖关系，真正的加载是在原型时。所以即使用户在编译时正确指定了-L和-l选项，生成的可执行文件在运行时仍然找不到动态库。

解决程序找不到动态库的方法：

1、将库文件和头文件拷贝到系统默认的库路径/lib64和/usr/include下（系统默认链接搜索路径）。
2、在上述路径下与我们的库文件建立软连接（软连接的相关只是，上篇我们）。
3、将自己的库所在路径，添加到系统的环境变量LD_LIBRARY_PATH中。
4、在/etc/ld.so.conf.d路径下建立自己的动态路径的配置文件，然后重新ldconfig即可。

上述方法大家可以自己尝试，这里就不做展示了

三、优缺点对比

静态库

优点：
- 无运行时依赖，部署简单。
- 启动速度快（无需加载库）。
缺点：
- 可执行文件体积大，浪费磁盘和内存。
- 更新需重新编译，维护成本高。

动态库

优点：
- 节省磁盘和内存资源。
- 支持热更新（替换 .so 文件即可）。
缺点：
- 依赖管理复杂（需设置 LD_LIBRARY_PATH 或 rpath）。
- 版本冲突风险（如 libfoo.so.1 和 libfoo.so.2 不兼容）。

总结

本篇文章我们就介绍到这里，需要补充的是，gcc在编译程序时默认链接动态库，如果想要链接静态库可以使用-static显示指定。对于动态如如何实现共享，以及如何加载到内存这点我会在下篇介绍。