一、為什麼要使用庫文件
我們在實際編程工作中肯定會遇到這種情況：有幾個項目里有一些函數模塊的功能相同，
實現代碼也相同，也是我們所說的重複代碼。比如，很多項目里都有一個用戶驗證的功能。
代碼段如下：
//UserLogin.h文件，提供函數聲明
int IsValidUser(char* username, int namelen);
//UserLogin.c文件，實現對用戶信息的驗證
int IsValidUser(char* username, int namelen)
{
int IsValid = 0;
/*下面是具體的處理代碼，略去*/
return IsValid
}
如果每個項目都保存著這兩個UserLogin.h和UserLogin.c文件，會有以下幾個
弊端:
1、每個項目里都有重複的模塊，造成代碼重複。
2、代碼的重用性不好，一旦IsValidUser的代碼發生了變化，為了保持設計的一致性，
我們還要手工修改其他項目里的UserLogin.c文件，既費時又費力，還容易出錯。
庫文件就是對公共代碼的一種組織形式。
為了解決上面兩個弊端，就提出了用庫文件存放公共代碼的解決方案，其要點就是
把公共的（也就是可以被多次復用的）目標代碼從項目中分離出來，統一存放到庫文件中，
項目要用到這些代碼的時候，在編譯或者運行的時候從庫文件中取得目標代碼即可。庫文件
又分兩種：靜態庫和動態庫。
二、靜態庫與動態庫
如果程序是在編譯時載入庫文件的，就是使用了靜態庫。如果是在運行時載入目標代碼，
就成為動態庫。換句話說，如果是使用靜態庫，則靜態庫代碼在編譯時就拷貝到了程序的代碼段，
程序的體積會膨脹。如果使用動態庫，則程序中只保留庫文件的名字和函數名，在運行時去查找
庫文件和函數體，程序的體積基本變化不大。
靜態庫的原則是“以空間換時間”，增加程序體積，減少運行時間;
動態庫則是“以時間換空間”，增加了運行時間，但減少了程序本身的體積。
下面我們就以實際例子來看看如何使用這兩種庫.
三、靜態庫的編寫和使用
1、概述
靜態庫文件的擴展名一般為.a,其編寫步驟很簡單。
⑴編寫函數代碼
⑵編譯生成各目標文件
⑶用ar文件對目標文件歸檔，生成靜態庫文件。
注意歸檔文件名必須以lib打頭。
使用要點：
⑴在gcc 的-I參數后加上靜態庫頭文件的路徑。
⑵在gcc 的-L參數后加上庫文件所在目錄
⑶在gcc 的-l參數后加上庫文件名，但是要去掉lib和.a擴展名。
比如庫文件名是libtest.a 那麼參數就是 -l test
2、編寫最簡單的靜態庫文件
編寫如下兩個文件，注意放在同一目錄中
myalib.h //靜態庫頭文件
myalib.c //靜態庫實現文件
//myalib.h 文件的內容
void test();
//myalib.c 文件的內容
#inlcude <stdio.h>
void test()
{
printf("test\n");
}
3、製作庫文件
⑴生成目標文件
gcc -c myalib.c
執行完後會生成一個myalib.o文件
⑵用ar命令歸檔,格式為ar -rc <生成的檔案文件名> <.o文件名列表>
再次提醒，歸檔文件名一定要以lib打頭, .a結尾。
ar -rc libtest.a myalib.o
執行完後會生成一個libtest.a文件
4、使用庫文件
⑴編寫一個測試程序main.c,內容為
//main.c 測試靜態庫調用的程序
#include "myalib.h" //要把函數的頭文件包含進來，否則編譯時會報錯
int main(int argc,char* argv[])
{
test();
return 0;
}
⑵編譯目標文件，注意要把靜態庫頭文件的路徑加到-I參數裡面
gcc -I /root/exercise -o main.o -c main.c
現在生成了一個main.o文件
⑶生成可執行文件，注意要把靜態庫文件的路徑加到-L參數裡面，
把庫文件名(去掉打頭的lib和結尾的.a)加到-l參數後面。如下面所示
gcc -o main -L/root/exercise main.o -ltest
此時就會生成一個名為main的可執行文件
另外，注意- l參數好象應該加到輸入文件名的後面，否則會報錯。
比如gcc -o main -L/root/exercise -ltest main.o就會提示
main.o(.text+0x11): In function `main':
: undefined reference to `test'
collect2: ld returned 1 exit status
原因我還不清楚:-)
⑷執行可執行文件查看效果
執行./main， 輸出
test
說明執行成功。
四、動態庫的編寫
1、概述
動態庫一般以.so結尾，就是shared object的意思.
其基本生成步驟為
⑴編寫函數代碼
⑵編譯生成動態庫文件,要加上 -shared 和 -fpic 選項 ，
庫文件名以lib開頭， 以.so 結尾。
使用方式分為兩種: 隱式調用和顯示調用
隱式調用類似於靜態庫的使用，但需修改動態鏈接庫的配置文件/etc/ld.so.conf;
顯示調用則是在主程序里使用dlopen、dlsym、dlerror、dlclose等系統函數。
具體的調用方式會在 "五、動態庫的調用" 中詳細說明.
2、編寫最簡單的動態庫文件
為了便於對照， 我們仍然採用靜態庫中的文件做例子.
編寫如下兩個文件，注意放在同一目錄中
myalib.h //靜態庫頭文件
myalib.c //靜態庫實現文件
//myalib.h 文件的內容
void test();
//myalib.c 文件的內容
#inlcude <stdio.h>
void test()
{
printf("test\n");
}
3、編譯生成動態庫 ,庫文件名以lib開頭， 以.so 結尾。
gcc -fpic -shared -o libtest.so myalib.c
此時就生成一個libtest.so文件
五、動態庫的隱式調用
隱式調用的含義是代碼里不出現庫文件名，就是說這個代碼和
調用靜態庫的代碼是類似的。
1、編寫測試文件
//main.c 測試動態庫隱式調用的程序
#include "myalib.h" //要把函數的頭文件包含進來，否則編譯時會報錯
int main(int argc,char* argv[])
{
test();
return 0;
}
2、 編譯測試程序,與靜態庫類似,要把頭文件的路徑加到-I參數裡面
gcc -I /root/exercise -o main.o -c main.c
現在生成了一個main.o文件
3、連接生成測試程序
gcc -o main -L/root/exercise main.o -ltest
現在生成了一個main文件
4、執行測試程序
./main
此時出現提示
./main: error while loading shared libraries: libtest.so: cannot open shared object file: No such file or directory。
這個原因就是程序運行時並不知道動態庫所在的路徑，因此自然找不到。
解決這個問題的辦法有三種。見下節
六、使動態庫被系統共享的三種辦法
(再次說明: 本節參考了計算機世界網雨亦奇的文章"LINUX動態鏈接庫高級應用"
地址http://www.ccw.com.cn/htm/center/prog/02_3_13_3_2.asp)
(1)拷貝動態鏈接庫到系統共享目錄下,或在系統共享目錄下為該動態鏈接庫
建立連接(硬連接或符號連接均可,常用符號連接).這裡說的系統共享目錄,
指的是LINUX動態鏈接庫存放的目錄,包括
/lib,/usr/lib以及/etc/ld.so.conf文件內所列的一系列目錄.
實例：執行
# cp libtest.so /lib
# ldconfig
或:
# ln -s `pwd`/libtest.so /lib
# ldconfig
注意pwd前後有兩個反引號`，其目的是取得pwd命令的輸出，即當前目錄.
此時再執行main，即可成功.
(2)將動態鏈接庫所在目錄名追加到動態鏈接庫配置文件/etc/ld.so.conf中.
# pwd >> /etc/ld.so.conf
# ldconfig
此時再執行main，即可成功.
(3)利用動態鏈接庫管理命令ldconfig,強制其搜索指定目錄,並更新緩存文件,便於動態裝入.
# ldconfig `pwd`
此時再執行main，即可成功.
要注意,第三種方法雖然有效,但效果是暫時的,供程序測試還可以,一旦再度運行ldconfig,
則緩存文件內容可能改變,所需的動態鏈接庫可能不被系統共享了.
而且無論哪種辦法，其實質都是用ldconfig命令把動態庫文件
所在路徑加入到系統庫列表中，(前兩種永久，第三種臨時)
七、動態庫的顯式調用
顯式調用的含義是代碼出現庫文件名，用戶需要自己去
打開和管理庫文件。其要點為:
⑴把dlfcn.h系統頭文件包含進來
⑵用dlopen函數打開庫文件，並指定打開方式
dllope的的第一個參數為共享庫的名稱，將會在下面位置查找指定的共享庫。
①環境變數LD_LIBRARY_PATH列出的用分號間隔的所有目錄。
②文件/etc/ld.so.cache中找到的庫的列表，由ldconfig命令刷新。
③目錄usr/lib。
④目錄/lib。
⑤當前目錄。
第二個參數為打開共享庫的方式。有兩個取值
①RTLD_NOW：將共享庫中的所有函數載入到內存
②RTLD_LAZY：會推后共享庫中的函數的載入操作，直到調用dlsym()時方載入某函數
⑶用dlerror()函數測試是否打開成功，並進行錯誤處理;
⑷用dlsym獲得函數地址,存放在一個函數指針中
⑸用獲得的函數指針進行函數調用。
⑹程序結束時用dlclose關閉打開的動態庫，防止資源泄露。
⑺用ldconfig工具把動態庫的路徑加到系統庫列表中
1、編寫測試文件
//main.c 測試動態庫顯式調用的程序
#include<dlfcn.h> //用於動態庫管理的系統頭文件
#include "myalib.h" //要把函數的頭文件包含進來，否則編譯時會報錯
int main(int argc,char* argv[])
{
//聲明對應的函數的函數指針
void (*pTest)();
//載入動態庫
void *pdlHandle = dlopen("libtest.so", RTLD_LAZY);
//錯誤處理
if(pdlHandle == NULL ) {
printf("Failed load library\n");
return -1;
}
char* pszErr = dlerror();
if(pszErr != NULL)
{
printf("%s\n", pszErr);
return -1;
}
//獲取函數的地址
pTest = dlsym(pdlHandle, "test");
pszErr = dlerror();
if(pszErr != NULL)
{
printf("%s\n", pszErr);
dlclose(pdlHandle);
return -1;
}
//實現函數調用
(*pTest)();
//程序結束時關閉動態庫
dlclose(pdlHandle);
return 0;
}
2、編譯測試文件 使用-ldl選項指明生成的對象模塊需要使用共享庫
gcc -o main -ldl main.c
執行完后就生成了一個main文件
3、執行測試程序
執行 ./main
輸出
test
說明成功。
六、使用動態庫時應注意的其他問題
1、無論是動態庫的顯式調用還是隱式調用，都需要用
ldconfig工具將動態庫的路徑加到系統庫列表中，否則運行時會出錯。
2、可以用ldd命令檢查程序都使用到哪些共享庫
ldd命令行用法如下:
ldd [--version] [-v|--verbose] [-d|--data-relocs] [-r|--function-relocs] [--help] FILE...
各選項說明如下:
(1) --version : 此選項用於列印出ldd的版本號.
(2) -v 或 --verbose : 此選項指示ldd輸出關於所依賴的動態鏈接庫的儘可能詳細的信息.
(3) -d 或 --data-relocs : 此選項執行重定位,並且顯示不存在的函數.
(4) -r 或 --function-relocs : 此選項執行數據對象與函數的重定位,同時報告不存在的對象.
(5) --help : 此選項用於列印出ldd的幫助信息.
我們一般用-v選項.
現在看幾個實例
⑴用靜態庫連接時的結果
#ldd main
libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74ad000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)
可見使用靜態庫時，由於庫已經被編譯成程序的一部分，因此ldd的輸出中就只有用到的
系統庫。
⑵用動態庫隱式連接時的結果
libtest.so => /root/exercise/libtest.so (0xb75e2000)
libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74ab000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)
可見隱式使用動態庫時，所有用到的動態庫(包括系統和用戶的)都會被顯示出來。
⑶動態庫顯式連接時的結果
ldd main
libdl.so.2 => /lib/libdl.so.2 (0xb75e1000)
libc.so.6 => /lib/tls/libc.so.6 (0xb74aa000)
/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0xb75eb000)
可見顯式使用動態庫時，程序中不再保存運行時打開動態庫的信息，只保留用到的系統庫的信息.
這個與使用靜態庫時的輸出是類似的.
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