Linux中的静态链接库分析与使用

时间:2021-05-26 19:32:03

在C语言的层面上,对代码的重复利用通常是通过库(library)的方式来实现的。传统意义上的库指的是以后缀.a结尾的文件。严格来讲,函数库应当分为两种:静态链接库和动态链接库,也称动态共享库。静态链接库通常是指以.a为后缀的文件,而动态链接库则常常以.so为后缀名。

  静态链接库其实就是把一个或多个目标文件(即编译生成的.o文件)归档在一个文件中。此后,当需要使用这个静态库中的某个功能时,将这个静态库与要生成的应用程序链接在一起。

  在Linux上平台上最常用的归档工具是GNU的tar,但是要构建静态库却不能使用tar,而要使用另一个工具ar。tar和ar都是归档工具,但是它们的目的是不同的。tar仅仅是用来创建归档文件(即通常以.tar为后缀的文件)的,ar也完成上述工作,但是做了一些额外的处理,它会为被归档的目标文件中的符号建立索引,当和应用程序链接时,建立的这些索引将回收链接过程。

  ar的作用是把多个目标文件打包到一个归档文件中,每一个目标文件都是归档文件的一个成员。被归档文件的各种属性,如文件内容。访问权限。时间戳和拥有者ID等信息也都保存在归档文件中,当从归档文件中抽取出原来的目标文件时,这些属性也都可以恢复出来。除了创建和抽取两种动作外,也可以对归档文件执行追加。修改和删除等操作。ar命令语法用法:

  ar [-]p[mod][membername] [count] archive files...

  在上述命令行语法中,archive表示的是归档文件的名字,如可以将其指定为libavi.a,archive files 指的是要操作的归档成员,可以有多个。ar命令行上的p指代的是如下字符,它指定了ar执行何种操作。

  d:从库中删除模块。按模块原来的文件名指定要删除的模块。如果使用了任选项v则列出被删除的每个模块。

  m:该操作是在一个库中移动成员。当库中如果有若干模块有相同的符号定义(如函数定义),则成员的位置顺序很重要。如果没有指定任选项,任何指定的成员将移到库的最后。也可以使用'a','b',或'I'任选项移动到指定的位置。

  p:显示库中指定的成员到标准输出。如果指定任选项v,则在输出成员的内容前,将显示成员的名字。如果没有指定成员的名字,所有库中的文件将显示出来。

  q:快速追加。增加新模块到库的结尾处。并不检查是否需换。'a','b',或'I'任选项对此操作没有影响,模块总是追加的库的结尾处。如果使用了任选项v则列出每个模块。 这时,库的符号表没有更新,可以用'ar s'或ranlib来更新库的符号表索引。

  r:在库中插入模块(替换)。当插入的模块名已经在库中存在,则替换同名的模块。如果若干模块中有一个模块在库中不存在,ar显示一个错误消息,并不替换其他同名模块。默认的情况下,新的成员增加在库的结尾处,可以使用其他任选项来改变增加的位置。

  t:显示库的模块表清单。一般只显示模块名。

  x:从库中提取一个成员。如果不指定要提取的模块,则提取库中所有的模块。

  在ar工具的操作模式选项之后,还可以紧跟一些修饰选项,即命令行语法中的mod,这些选项进一步控制着ar的行为。主要的修饰选项有下面这样的一些,注意:它们和操作模式选项之间没有任何空格和其他分隔符。

  a:在库的一个已经存在的成员后面增加一个新的文件。如果使用任选项a,则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名。

  b:在库的一个已经存在的成员前面增加一个新的文件。如果使用任选项b,则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名。

  c:创建一个库。不管库是否存在,都将创建。

  f:在库中截短指定的名字。缺省情况下,文件名的长度是不受限制的,可以使用此参数将文件名截短,以保证与其它系统的兼容。

  i:在库的一个已经存在的成员前面增加一个新的文件。如果使用任选项i,则应该为命令行中membername参数指定一个已经存在的成员名(类似任选项 b)。

  l:暂未使用

  N:与count参数一起使用,在库中有多个相同的文件名时指定提取或输出的个数。

  o:当提取成员时,保留成员的原始数据。如果不指定该任选项,则提取出的模块的时间将标为提取出的时间。

  P:进行文件名匹配时使用全路径名。ar在创建库时不能使用全路径名(这样的库文件不符合POSIX标准),但是有些工具可以。

  s:写入一个目标文件索引到库中,或者更新一个存在的目标文件索引。甚至对于没有任何变化的库也作该动作。对一个库做ar s等同于对该库做ranlib。

  S:不创建目标文件索引,这在创建较大的库时能加快时间。

  u:一般说来,命令ar r...插入所有列出的文件到库中,如果你只想插入列出文件中那些比库中同名文件新的文件,就可以使用该任选项。该任选项只用于r操作选项。

  v:该选项用来显示执行操作选项的附加信息。

  V:显示ar的版本。

  上面的这么多的选项,比较经常用到的就是有三个命令选项:r(插入)、c(创建)和s(建立索引),而且这三个选项往往是一起使用。现在假设有两个C文件,foo.c bar.c。首先将foo.c和bar.c编译为目标文件foo.o和bar.o,然后将这两个目标文件归档为一个静态链接库。

  // bar.c

  #include "foobar.h"

  char * bar(void)

  {

  printf("This is bar! library1 is called/n");

  return ("bar");

  }

  //foo.c

  #include "foobar.h"

  char * foo(void)

  {

  printf("This is foo!library2 is called!/n");

  return ("foo");

  }

  //foobar.h

  #ifndef _FOOBAR_H_

  #define _FOOBAR_H_

  #include <stdlib.h>

  #include <string.h>

  #include <stdio.h>

  extern char *foo(void);

  extern char *bar(void);

  #endif

  #gcc -c -o foo.o foo.c

  #gcc -c -o bar.o bar.c

  #ar rcs libfoobar.a foo.o bar.o

  这基于PC平台的,如果是对于嵌入式平台的构建静态链接库而言,过程也是完全一样,唯一需要改变的可能是所用的工具名称。比如,如果要是为ARM-Linux构建静态库,那么可能需要使用arm-linux-ar。这里还有一个工具是nm,它可以用来取得目标文件的符号(symbol)信息。这里,nm打印出了libfoobar.a中的两个符号:foo和bar。这两个符号表示的都是函数,因此它们的符号值为0,符号类型为T(text,即表示该符号位于代码段)。最后一列给出的是符号的名称。

  #nm libfoobar.a

  foo.o:

  0000000000000000 T foo

  U puts

  bar.o:

  0000000000000000 T bar

  U puts

  现的静态库是有了,要怎么使用这样的静态库呢。应用程序要使用静态库就必须要与静态库链接起来。这里假设有一个main.c的C文件。应用程序与静态库的链接是在编译期完成的.

  #gcc -g -o foobar main.c -L. -lfoobar

  zfz@zfz:~/program$ ./foobar

  This is foo!library2 is

  foo()=foo

  This is library1 is called

  bar()=bar
复制代码  -L.选项告诉链接器到当前目录下去找所要链接的静态库,-lfoobar则明确告诉链接器要与静态库libfoobar.a完成链接。这里要有-L.和后面有一个空格,也可以真把生成的文件Copy到/usr/lib目录下,这是系统默认搜索的目录。

  静态链接库是一种“复制式”的链接过程。何谓“复制式”的链接过程呢,当静态链接库与应用程序链接时,链接器会将静态链接库复制一份到最终得到的可执行代码中去。比如:现在有两个应用程序A和B,两者都要用到libfoobar.a所提供的功能。那么,在编译链接A时,链接器将复制一份libfoobar.a到A最终的可执行代码中去,libfoobar.a中的调试信息也会被复制,同样,在链接B时,链接器也会复制一份libfoobar.a到B最终的可执行代码中去。这就是“复制式”链接的意义。

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