【Linux】动静态库知识大梳理-EW帮帮网

📌解释：

ar -rc libmymath.a add.o sub.o 这条命令的作用是，把 add.o 和 sub.o 这两个目标文件添加到 libmymath.a 静态库中。如果 libmymath.a 库文件不存在，就会创建一个新的；如果已经存在，就把 add.o 和 sub.o 插入到库中，若库中已有同名文件，会用新文件替换旧文件。而且，在创建或更新库文件的过程中不会显示提示信息。

2.2 制作流程

以制作一个简单的数学库为例，先编写源文件，如 mymath.c 定义数学运算函数，mymath.h 声明函数。然后编写 Makefile 文件，内容如下：

# 定义一个变量 lib，其值为静态库的文件名 libmymath.a
lib=libmymath.a

# 这是一个目标规则，目标是生成静态库 libmymath.a
# 此规则表明，生成 libmymath.a 依赖于 mymath.o 文件
$(lib):mymath.o
    # 使用 ar 命令将 mymath.o 文件打包成静态库 libmymath.a
    # $@ 代表目标文件，即 libmymath.a
    # $^ 代表所有的依赖文件，即 mymath.o
    ar -rc $@ $^

# 这是一个目标规则，目标是生成目标文件 mymath.o
# 此规则表明，生成 mymath.o 依赖于 mymath.c 文件
mymath.o:mymath.c
    # 使用 gcc 编译器将 mymath.c 文件编译成目标文件 mymath.o
    # -c 选项表示只进行编译，不进行链接
    # $^ 代表所有的依赖文件，即 mymath.c
    gcc -c $^

# .PHONY 声明了一些伪目标，伪目标不是真正的文件，而是一个动作
# 这里声明了 clean 为伪目标，即使当前目录下存在名为 clean 的文件，make 也会执行 clean 对应的命令
.PHONY:clean

# 这是一个伪目标规则，用于清理生成的中间文件和静态库文件
# 执行 make clean 命令时，会删除当前目录下所有的 .o 文件和 .a 文件
clean:
    rm -f *.o *.a

执行 Makefile 文件，就能生成静态库。之后可将库文件和头文件整理到相应目录，方便分发使用。

2.3 使用方法及路径问题

⭐ 使用静态库时，需注意头文件和库文件的路径设置。若头文件路径未指定，gcc 默认在系统路径（如 /usr/include）和当前目录查找。可通过-I选项指定头文件搜索路径，如gcc main.c -I./lib/include 。对于库文件，gcc 默认在系统路径（如 /lib64、/usr/lib）和当前目录查找，若找不到，需用-L选项指定库路径，如gcc main.c -L./lib/mymathlib。此外，还需用-l选项指明要链接的库名（去掉前缀 lib 和后缀.a），如gcc main.c -I./lib/include -L./lib/mymathlib -lmymath。

-I: 指定头文件搜索路径

-L: 指定库路径

-l: 指定库名

测试目标文件生成后，静态库删掉，程序照样可以运行

库文件名称和引入库的名称：去掉前缀 lib，去掉后缀 .so、.a，如：libc.so -> c

2.4 errno 的作用

库中常提供全局变量 errno 用于指示运行时错误。如在数学库的除法函数中，当除数为 0 时，可设置 errno 表示错误，方便调用者判断结果正确性及获取错误原因。

2.5 库的安装

库的安装本质上是将库文件和头文件放置到系统可查找的路径下，可通过拷贝文件或建立软连接实现。如将头文件拷贝到 /usr/include，库文件拷贝到 /lib64 ，之后编译时只需用-l选项指定库名即可。但不建议随意将第三方库安装到系统路径，以免污染系统库。

三、动态库的原理与操作

3.1 原理与命令

动态库的制作同样先将源文件编译为.o 文件，但编译时需添加-fPIC选项，用于生成位置无关码，使库能在虚拟内存的任意位置加载。生成动态库使用gcc -shared -o libmymethod.so *.o命令，-shared选项告诉 gcc 生成共享库。

📌解释：

假设当前目录下有 add.o 和 sub.o 两个目标文件，执行 gcc -shared -o libmymethod.so *.o 命令后，gcc 会将 add.o 和 sub.o 链接成一个名为 libmymethod.so 的动态链接库。

3.2 动静态库分离实践

在实际开发中，可将动静态库分离管理。通过编写 Makefile 文件，分别生成静态库和动态库，如：

# 定义动态库变量，值为动态库文件名libmymethod.so
dy-lib=libmymethod.so
# 定义静态库变量，值为静态库文件名libmymath.a
static-lib=libmymath.a

# 声明all为伪目标，伪目标不是真正的文件，用于定义一组操作
.PHONY:all
# all目标，依赖于动态库和静态库的生成，执行make或make all时会构建这两个库
all: $(dy-lib) $(static-lib)

# 构建静态库libmymath.a的规则，依赖于mymath.o文件
$(static-lib):mymath.o
    # 使用ar工具将mymath.o打包成静态库libmymath.a
    # $@代表目标文件，即libmymath.a
    # $^代表所有的依赖文件，即mymath.o
    ar -rc $@ $^

# 从mymath.c生成mymath.o的规则
mymath.o:mymath.c
    # 使用gcc编译器将mymath.c编译成目标文件mymath.o
    # -c选项表示只编译不链接
    gcc -c $^

# 构建动态库libmymethod.so的规则，依赖于mylog.o和myprint.o文件
$(dy-lib):mylog.o myprint.o
    # 使用gcc编译器生成共享库（动态库）libmymethod.so
    # -shared选项用于生成共享库
    # $@代表目标文件，即libmymethod.so
    # $^代表所有的依赖文件，即mylog.o和myprint.o
    gcc -shared -o $@ $^

# 从mylog.c生成mylog.o的规则
mylog.o:mylog.c
    # 使用gcc编译器将mylog.c编译成目标文件mylog.o，并生成位置无关码
    # -fPIC选项用于生成位置无关码，使生成的目标文件可用于创建共享库
    gcc -fPIC -c $^

# 从myprint.c生成myprint.o的规则
myprint.o:myprint.c
    # 使用gcc编译器将myprint.c编译成目标文件myprint.o，并生成位置无关码
    # -fPIC选项用于生成位置无关码，使生成的目标文件可用于创建共享库
    gcc -fPIC -c $^

# 声明clean为伪目标，用于清理生成的文件
.PHONY:clean
# clean目标，执行make clean时会删除所有的.o、.a、.so文件以及mylib目录
clean:
    rm -rf *.o *.a *.so mylib

# 声明output为伪目标，用于整理和输出库文件及头文件
.PHONY:output
# output目标，执行make output时会创建mylib目录结构，并将头文件、静态库和动态库文件复制到相应位置
output:
    # 创建mylib/include目录，如果目录已存在则不报错
    mkdir -p mylib/include
    # 创建mylib/lib目录，如果目录已存在则不报错
    mkdir -p mylib/lib
    # 将所有.h头文件复制到mylib/include目录
    cp *.h mylib/include
    # 将所有.a静态库文件复制到mylib/lib目录
    cp *.a mylib/lib
    # 将所有.so动态库文件复制到mylib/lib目录
    cp *.so mylib/lib

这样可清晰管理不同类型的库，提高项目的可维护性。

3.3 动态库加载问题

生成可执行程序后，运行时可能出现找不到动态库的情况，如这是因为系统加载器在运行时找不到动态库路径，即使编译时指定了库路径，运行时也需重新告知系统。

3.4 解决加载问题的方法

解决动态库加载问题有多种方法。可将动态库拷贝到系统默认库路径（如 /usr/lib64）；

也可在系统默认库路径建立软连接，如sudo ln -s /home/whb/108/Lesson24/test/mylib/lib/libmymethod.so /lib64/libmymethod.so；

还能将库所在路径添加到环境变量 LD_LIBRARY_PATH 中，但该方法在关闭 shell 后失效，若想长久生效，需将环境变量写入系统启动配置文件（如～/.bash_profile）；

另外，可在 /etc/ld.so.conf.d 目录下创建配置文件，添加动态库路径后执行 ldconfig 重新加载。

3.5 ncurses 库介绍

ncurses 是基于终端的图形库，可用于控制终端界面。在 CentOS 系统中，可通过sudo yum install ncurses-devel命令安装，安装后开发者能利用其丰富功能创建交互式终端应用程序，提升用户体验。

四、动态加载的底层原理

4.1 动态库加载机制

当 CPU 执行代码时，若调用库函数，会先在共享区查找。若库文件未加载进内存，会触发缺页中断，系统将动态库文件加载进来，并建立与页表的映射关系。此后，程序在进程地址空间中执行。系统会管理多个动态库的加载情况，确保程序正确运行。

进程如何看到动态库的：

进程间如何共享库的：

4.2 进程地址空间详解

程序编译好后，内部已有地址概念，采用平坦模式编址（0 - 4GB），此时的地址为逻辑地址，也是虚拟地址。编译形成可执行程序时，会生成存储各段地址的表，表头地址即 main 函数地址，CPU 从该地址开始执行。执行过程中，CPU 读取的指令可能包含数据或虚拟地址。若虚拟地址在页表中无映射关系，会引发缺页中断，将所需内容加载进内存并建立映射。

4.3 动态库地址处理

由于动态库可能有多个，难以保证每个库都加载到固定位置，因此采用相对编址方式。gcc 的-fPIC选项让编译器用偏移量对库中函数编址，库加载时，通过起始地址加偏移量的方式找到库函数，实现库在虚拟内存任意位置的加载！

动静态库的各个环节紧密相连，就像一条完整的 “生产线”，每个环节都不可或缺，共同支撑着 Linux 系统编程的高效运行🚀。

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【Linux】动静态库知识大梳理

一、动静态库基础概念

二、静态库的原理与操作

2.1 原理剖析