linux下 GCC編譯鏈結靜態庫動態庫

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有時候需要把一組**編譯成乙個庫，這個庫在很多專案中都要用到，例如libc就是這樣乙個庫，我們在不同的程式中都會用到libc中的庫函式（例如printf），也會用到libc中的變數（例如以後要講到的environ變數）。本文將介紹怎麼建立這樣乙個庫。

這些檔案的目錄結構是：

$ tree 
. |-- main.c 
`-- stack 
|-- is_empty.c 
|-- pop.c 
|-- push.c 
|-- stack.c 
`-- stack.h 
1 directory, 6 files

我們把stack.c、push.c、pop.c、is_empty.c編譯成目標檔案：

$ gcc -c stack/stack.c stack/push.c stack/pop.c stack/is_empty.c

然後打包成乙個靜態庫libstack.a：

$ ar rs libstack.a stack.o push.o pop.o is_empty.o

ar: creating libstack.a

庫檔名都是以lib開頭的，靜態庫以.a作為字尾，表示archive。ar命令類似於tar命令，起乙個打包的作用，但是把目標檔案打包成靜態庫只能用ar命令而不能用tar命令。選項r表示將後面的檔案列表新增到檔案包，如果檔案包不存在就建立它，如果檔案包中已有同名檔案就替換成新的。s是專用於生成靜態庫的，表示為靜態庫建立索引，這個索引被鏈結器使用。ranlib命令也可以為靜態庫建立索引，以上命令等價於：

$ ar r libstack.a stack.o push.o pop.o is_empty.o

$ ranlib libstack.a

$ gcc main.c -l. -lstack -istack -o main

-l選項告訴編譯器去**找需要的庫檔案，-l.表示在當前目錄找。-lstack告訴編譯器要鏈接libstack庫，-i選項告訴編譯器去**找標頭檔案。注意，即使庫檔案就在當前目錄，編譯器預設也不會去找的，所以-l.選項不能少。編譯器缺省會找的目錄可以用-print-search-dirs選項檢視。編譯器會在這些搜尋路徑以及-l選項指定的路徑中查詢用-l選項指定的庫，比如-lstack，編譯器會首先找有沒有共享庫libstack.so，如果有就鏈結它，如果沒有就找有沒有靜態庫libstack.a，如果有就鏈結它。所以編譯器是優先考慮共享庫的，如果希望編譯器只鏈結靜態庫，可以指定-static選項。

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組成共享庫的目標檔案和一般的目標檔案有所不同，在編譯時要加-fpic選項，例如：

$ gcc -c -fpic stack/stack.c stack/push.c stack/pop.c stack/is_empty.c

-f後面跟一些編譯選項，pic是其中一種，表示生成位置無關**（position independent code）。

現在把main.c和共享庫編譯鏈結在一起，然後執行：

$ gcc main.c -g -l. -lstack -istack -o main $ ./main

./main: error while loading shared libraries: libstack.so: cannot open shared object file: no such file or directory

結果出乎意料，編譯的時候沒問題，由於指定了-l.選項，編譯器可以在當前目錄下找到libstack.so，而執行時卻說找不到libstack.so。那麼執行時在哪些路徑下找共享庫呢？我們先用ldd命令檢視可執行檔案依賴於哪些共享庫：

$ ldd main        
linux-gate.so.1 => (0xb7f5c000) 
libstack.so => not found 
libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0xb7dcf000) 
/lib/ld-linux.so.2 (0xb7f42000)

ldd模擬執行一遍main，在執行過程中做動態鏈結，從而得知這個可執行檔案依賴於哪些共享庫，每個共享庫都在什麼路徑下，載入到程序位址空間的什麼位址。/lib/ld-linux.so.2是動態鏈結器，它的路徑是在編譯鏈結時指定的，gcc在做鏈結時用dynamic-linker指定動態鏈結器的路徑，它也像其它共享庫一樣載入到程序的位址空間中。libc.so.6的路徑/lib/tls/i686/cmov/libc.so.6是由動態鏈結器ld-linux.so.2在做動態鏈結時搜尋到的，而libstack.so的路徑沒有找到。linux-gate.so.1這個共享庫其實並不存在於檔案系統中，它是由核心虛擬出來的共享庫，所以它沒有對應的路徑，它負責處理系統呼叫。總之，共享庫的搜尋路徑由動態鏈結器決定，從ld.so(8)的man page可以查到共享庫路徑的搜尋順序：

首先在環境變數ld_library_path所記錄的路徑中查詢。

然後從快取檔案/etc/ld.so.cache中查詢。這個快取檔案由ldconfig命令讀取配置文件/etc/ld.so.conf之後生成，稍後詳細解釋。

如果上述步驟都找不到，則到預設的系統路徑中查詢，先是/usr/lib然後是/lib。

先試試第一種方法，在執行main時通過環境變數ld_library_path把當前目錄新增到共享庫的搜尋路徑：

$ ld_library_path=. ./main

這種方法只適合在開發中臨時用一下，通常ld_library_path是不推薦使用的，盡量不要設定這個環境變數，理由可以參考why ld_library_path is bad。

再試試第二種方法，這是最常用的方法。把libstack.so所在目錄的絕對路徑（比如/home/akaedu/somedir）新增到/etc/ld.so.conf中（該檔案中每個路徑佔一行），然後執行ldconfig：

$ sudo ldconfig -v

ldconfig命令除了處理/etc/ld.so.conf中配置的目錄之外，還處理一些預設目錄，如/lib、/usr/lib等，處理之後生成/etc/ld.so.cache快取檔案，動態鏈結器就從這個快取中搜尋共享庫。現在再用ldd命令檢視，libstack.so就能找到了：

$ ldd main        
linux-gate.so.1 => (0xb809c000)
libstack.so => /home/akaedu/somedir/libstack.so (0xb806a000)
libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0xb7f0c000)
/lib/ld-linux.so.2 (0xb8082000)

第三種方法就是把libstack.so拷到/usr/lib或/lib目錄，這樣可以確保動態鏈結器能找到這個共享庫。

其實還有第四種方法，在編譯可執行檔案main的時候就把libstack.so的路徑寫死在可執行檔案中：

$ gcc main.c -g -l. -lstack -istack -o main -wl,rpath,/home/akaedu/somedir

-wl,-rpath,/home/akaedu/somedir表示-rpath /home/akaedu/somedir是由gcc傳遞給鏈結器的選項。可以看到readelf的結果多了一條rpath記錄：

$ readelf -a main 
... 
dynamic section at offset 0xf10 contains 23 entries:
tag type name/value 
0x00000001 (needed) shared library: 
[libstack.so]
0x00000001 (needed) shared library: [libc.so.6]
0x0000000f (rpath) library rpath: [/home/akaedu/somedir]
...

$ gcc -o main main.c -g -l. -lstack -istack  ./stack/libstack.so

標籤: c/c++, gcc, 靜態庫, 動態庫

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