Linux环境下静态库和动态库的实现

Linux环境下静态库和动态库的实现

Linux 环境下静态库和动态库的实现

在软件开发中，库是非常重要的组成部分。它们包含了一组可复用的函数和代码片段，用于提高开发效率和代码质量。在Linux系统中，库分为静态库和动态库两种。本文将介绍它们的实现方式，结合C语言代码进行说明，并详细解释其原理和使用方法。

静态库的实现

目录结构

静态库的目录结构如下（同理动态库也如此）：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

mylib/
├── include/
│   └── math_functi.h
├── lib/
│   └── libmath.a
└── 

什么是静态库

静态库（Static Library）是将多个目标文件（.o 文件）打包到一个单独的文件（通常以 .a 为扩展名）中，链接时将库的代码复制到最终的可执行文件中。

创建静态库

我们通过以下步骤创建一个静态库：

1. 编写一个简单的C语言程序，包含一些需要复用的函数。
2. 编译成目标文件（.o 文件）。
3. 使用 ar 工具将目标文件打包成静态库。

以下是示例代码：

math_functi.h

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

#ifndef MATH_FUCTIOS_H
#define MATH_FUCTIOS_H

int add(int a, int b);
int subtract(int a, int b);

#endif

math_

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

#include "math_functi.h"

// 加法函数
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 减法函数
int subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

编译为目标文件：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

gcc -c math_ -o math_
# -c：仅编译源文件为目标文件，不链接

使用 ar 工具创建静态库：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

ar rcs libmath.a math_
# r：将目标文件添加到库中
# c：创建一个新的库文件
# s：索引库文件，提升访问效率

将头文件和库文件组织到目录结构中：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

mkdir -p mylib/include mylib/lib
mv math_functi.h mylib/include/
mv libmath.a mylib/lib/

使用静态库

创建一个使用静态库的程序：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

#include <stdio.h>
#include "math_functi.h"  // 包含头文件

int main() {
    printf("5 +  = %d\n", add(5, ));
    printf("5 -  = %d\n", subtract(5, ));
    return 0;
}

编译并链接静态库：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

gcc  -I./mylib/include -L./mylib/lib -lmath -o static_example
# -I：指定头文件路径
# -L：指定库文件路径
# -l：链接指定的库（去掉前缀lib和后缀.a）

运行程序：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

./static_example

使用Makefile管理静态库

创建一个 Makefile 文件：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

# 编译器
CC = gcc
# 静态库工具
AR = ar
# 编译选项
CFLAGS = -I./mylib/include
# 链接选项
LDFLAGS = -L./mylib/lib
# 使用的库
LIBS = -lmath

all: static_example

# 目标1：生成静态库
mylib/lib/libmath.a: mylib/include/math_functi.h mylib/include/math_
	$(CC) -c mylib/include/math_ -o math_
	$(AR) rcs mylib/lib/libmath.a math_

# 目标2：生成可执行文件
static_example:  mylib/lib/libmath.a
	$(CC)  $(CFLAGS) $(LDFLAGS) $(LIBS) -o static_example

# 清理
clean:
	rm -f *.o mylib/lib/libmath.a static_example

使用 make 命令自动化构建和清理：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

make
./static_example
make clean

静态库的特点

• 优点：
  • 链接后无需依赖外部库，部署简单。
  • 运行效率高。
• 缺点：
  • 可执行文件体积较大。
  • 库更新时需要重新编译应用程序。

动态库的实现

目录结构

动态库的目录结构如下：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

mylib/
├── include/
│   └── math_functi.h
├── lib/
│   └── libmath.so
└── 

什么是动态库

动态库（Dynamic Library）在程序运行时被加载到内存中，通常以 .so 为扩展名。与静态库不同，动态库不被嵌入到可执行文件中，而是以共享方式供多个程序使用。

创建动态库

1. 编写需要共享的函数代码。
2. 使用 -fPIC 选项生成位置无关代码。
3. 使用 gcc -shared 创建动态库。

示例代码与静态库相同，这里直接展示动态库的生成：

编译生成目标文件：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

gcc -c -fPIC math_ -o math_
# -c：仅编译源文件为目标文件，不链接
# -fPIC：生成与内存地址无关的代码，便于动态加载

创建动态库：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

gcc -shared math_ -o libmath.so
# -shared：生成动态库文件

将库文件组织到目录结构中：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

mv libmath.so mylib/lib/

使用动态库

方法1：临时指定库路径

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

gcc  -I./mylib/include -L./mylib/lib -lmath -o dynamic_example
export LD_LIBRARY_PATH=./mylib/lib:$LD_LIBRARY_PATH
./dynamic_example

• export LD_LIBRARY_PATH：临时指定动态库路径。

方法2：将动态库复制到系统默认目录

将动态库复制到系统默认路径，例如 /usr/lib/ 或 /usr/local/lib/：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

sudo cp mylib/lib/libmath.so /usr/lib/

运行程序时无需手动设置路径。

方法：创建软链接

创建指向动态库的软链接：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

sudo ln -s /path/to/mylib/lib/libmath.so /usr/lib/libmath.so

方法4：在 /etc/ld.d/ 下添加配置文件

创建一个新的配置文件，例如 ，内容为动态库的路径：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

echo "/path/to/mylib/lib" | sudo tee /etc/ld.d/
sudo ldconfig

运行程序时无需手动设置路径。

使用Makefile管理动态库

创建一个 Makefile 文件：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

# 编译器
CC = gcc
# 编译选项
CFLAGS = -fPIC -I./mylib/include
# 链接选项
LDFLAGS = -L./mylib/lib
# 使用的库
LIBS = -lmath

all: dynamic_example

# 目标1：生成动态库
mylib/lib/libmath.so: mylib/include/math_functi.h mylib/include/math_
	$(CC) -c $(CFLAGS) mylib/include/math_ -o math_
	$(CC) -shared math_ -o mylib/lib/libmath.so

# 设置LD_LIBRARY_PATH
export_path:
	export LD_LIBRARY_PATH=./mylib/lib:$(LD_LIBRARY_PATH)

# 目标2：生成可执行文件
dynamic_example:  mylib/lib/libmath.so
	$(CC)  $(CFLAGS) $(LDFLAGS) $(LIBS) -o dynamic_example

# 清理
clean:
	rm -f *.o mylib/lib/libmath.so dynamic_example

动态库的特点

• 优点：
  • 多个程序可以共享同一个动态库文件，而不需要在每个程序中都包含库代码。因此，动态库使得磁盘空间的使用更加高效，尤其是在多个应用程序依赖同一个库时。
  • 动态库可以在不重新编译应用程序的情况下进行更新。只需替换系统中的动态库文件，所有依赖该库的程序都能自动使用新版本的库。
  • 动态库是在程序运行时加载的，系统可以根据需要加载和卸载库，从而提高内存使用的灵活性，尤其适合大规模的应用程序或需要频繁更新的程序。
  • 与静态库相比，动态库不嵌入可执行文件中，因此生成的可执行文件通常较小。这对于需要部署到多个设备或网络传输的程序非常重要。
• 缺点：
  • 动态库需要在运行时加载，这意味着应用程序必须依赖系统上正确版本的库文件。如果缺少某个库或版本不匹配，程序可能无法正常运行，导致“库未到”或“版本冲突”等问题。这要求开发者和用户必须确保库的正确安装和配置。
  • 虽然动态库在内存和磁盘空间上节省了资源，但它们在加载和链接时会带来一定的性能开销。每次程序启动时，操作系统需要查和加载相应的动态库，且在程序执行期间，动态链接可能导致额外的性能消耗。
  • 由于动态库是外部依赖，它们的存在和稳定性对程序的正常运行至关重要。如果动态库被删除、移动或损坏，应用程序就会无法运行，给用户带来不便。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。 原始发表：2025-01-04，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除前往查看linux编译程序函数系统