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c/c++静态库和动态库制作

2020-08-22  本文已影响0人  MachinePlay

1.什么是库

库lib是编译好的二进制代码，可以被操作系统载入内存执行，一般是预先编译好的函数的集合，可以通过头文件链接到库文件，执行已经编译好的代码段。

库一般分为静态库(static lib，在linux系统一般是.a文件)和动态库(dynamic lib，也叫共享库，在linux系统一般是.so文件)。二者的不同点在于被载入的时间不同：

2.静态库

静态库

程序在编译阶段会把静态库的内容复制到目标文件中，在链接阶段将引用的静态库打包到可执行文件中。因此称为静态链接。这里可以发现，静态链接将静态库直接打包进入可执行文件，那么他的组织形式一定和.o文件类似。

实际上，一个静态库是一组目标文件的集合(.o)，很多目标文件被打包成一个文件，并且直接参与链接。

静态库有以下特点：

创建静态库

  1. linux静态库的创建命名规则：lib[library_name].a,lib为前缀，中间是库名，.a为扩展名。
  2. 创建静态库
    现在有如下代码，一定要把头文件和函数体分开声明，否则使用静态库的时候没有头文件只能猜了哦。
**
* @file: unite_time.h
* @author: mattbaisteins@gmail.com
* @date: 2020-08-03
* @brif:
**/
#ifndef _UNITE_TIME_H
#define _UNITE_TIME_H
#include <ctime>
#include <sys/time.h>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstdlib>
 
 
 #define BUFFER_SIZE 4096
  /*
   * get time yymmdd, eg. 190803
   * @param void
  * @return string now_time
   */
 std::string get_time();
 
  #endif // end _UNITE_TIME_H
 

   /**
    * @file: unite_time.cpp
    * @author: mattbaisteins@gmail.com
    * @date: 2020-08-03
    * @brif:
    **/
  
   #include "unite_time.h"
   #include <ctime>
  std::string get_time() {
      time_t raw_time;
      struct std::tm *time_info;
      char buffer[BUFFER_SIZE];
      std::time(&raw_time);
      time_info = std::localtime(&raw_time);
      std::strftime(buffer, sizeof(buffer) - 1, "%y%m%d", time_info);
      return std::string(buffer);
  }

1.首先把代码先编译成目标文件.o(unite_time.o)

gcc -c unite_time.cpp

2 使用ar工具将目标文件打包成静态库.a文件（libunite_time.a）

ar -crv libunite_time.a unite_time.o

注：ar的用法如下

（1）ar是什么
　　ar命令可以用来创建、修改库，也可以从库中提出单个模块。库是一单独的文件，里面包含了按照特定的结构组织起来的其它的一些文件（称做此库文件的member）。原始文件的内容、模式、时间戳、属主、组等属性都保留在库文件中。
　　ar命令格式：ar [-] {dmpqrtx} [abcfilNoPsSuvV] [membername] [count] archive files...
　　例如我们可以用ar rv libtest.a hello.o hello1.o来生成一个库，库名字是test，链接时可以用-ltest链接。该库中存放了两个模块hello.o和hello1.o。选项前可以有‘-'字符，也可以没有。下面我们来看看命令的操作选项和任选项。现在我们把{dmpqrtx}部分称为操作选项，而[abcfilNoPsSuvV]部分称为任选项。
【注：ar可让您集合许多文件，成为单一的备存文件。在备存文件中，所有成员文件皆保有原来的属性与权限】

2）参数介绍 指令参数
-d 　删除库文件中的成员文件。
-m 　变更成员文件在库文件中的次序。
-p 　显示库文件中的成员文件内容。
-q 　将问家附加在库文件末端。
-r 　将文件插入库文件中。
-t 　显示库文件中所包含的文件。
-x 　自库文件中取出成员文件。
选项参数
a<成员文件> 　将文件插入库文件中指定的成员文件之后。
b <成员文件> 　将文件插入库文件中指定的成员文件之前。
c 　建立库文件。
f 　为避免过长的文件名不兼容于其他系统的ar指令指令，因此可利用此参数，截掉要放入库文件中过长的成员文件名称。
i<成员文件> 　将问家插入库文件中指定的成员文件之前。
o 　保留库文件中文件的日期。
s 　若库文件中包含了对象模式，可利用此参数建立备存文件的符号表。
S 　不产生符号表。
u 　只将日期较新文件插入库文件中。
v 　程序执行时显示详细的信息。
V 　显示版本信息。
ar用来管理一种文档。这种文档中可以包含多个其他任意类别的文件。这些被包含的文件叫做这个文档的成员。ar用来向这种文档中添加、删除、解出成员。成员的原有属性（权限、属主、日期等）不会丢失。实际上通常只有在开发中的目标连接库是这种格式的，所以尽管不是，我们基本可以认为ar是用来操作这种目标链接库（.a文件）的。

（3）ar的常用用法
创建库文件
我不知道怎么创建一个空的库文件。好在这个功能好像不是很需要。通常人们使用“ar cru liba.a a.o"这样的命令来创建一个库并把a.o添加进去。"c"关键字告诉ar需要创建一个新库文件，如果没有指定这个标志则ar会创建一个文件，同时会给出 一个提示信息，"u"用来告诉ar如果a.o比库中的同名成员要新，则用新的a.o替换原来的。但是我发现这个参数也是可有可无的，可能是不同版本的ar 行为不一样吧。实际上用"ar -r liba.a a.o"在freebsd5上面始终可以成功。
加入新成员
使用"ar -r liba.a b.o"即可以将b.o加入到liba.a中。默认的加入方式为append，即加在库的末尾。"r"关键字可以有三个修饰符"a", "b"和"i"。 "a"表示after，即将新成员加在指定成员之后。例如"ar -ra a.c liba.a b.c"表示将b.c加入liba.a并放在已有成员a.c之后； "b"表示before，即将新成员加在指定成员之前。例如"ar -rb a.c liba.a b.c"； "i"表示insert，跟"b"作用相同。
列出库中已有成员
"ar -t liba.a"即可。如果加上"v"修饰符则会一并列出成员的日期等属性。
删除库中成员
"ar -d liba.a a.c"表示从库中删除a.c成员。如果库中没有这个成员ar也不会给出提示。如果需要列出被删除的成员或者成员不存在的信息，就加上"v"修饰符。
从库中解出成员
"ar -x liba.a b.c"
调整库中成员的顺序
使用"m"关键字。与"r"关键字一样，它也有3个修饰符"a","b", "i"。如果要将b.c移动到a.c之前，则使用"ar -mb a.c liba.a b.c"

使用用静态库


    1 #include <iostream>
    2 #include <string>
    3 #include "unite_time.h"
    4
    5 int main() {
    6     std::cout << "test static lib" << std::endl;
    7     std::cout << get_time() << std::endl;
    8     return 0;
    9
   10 }

Linux下使用静态库，只需要在编译的时候，指定静态库的搜索路径（-L选项）、指定静态库名（不需要lib前缀和.a后缀，-l选项）。

g++ test.cpp -L./ -lunite_time -o test

就可以生成可执行文件test啦，，我们执行可执行文件test，可以看到test 二进制包大小是24k，成功生成了libunite_time.a


静态库

3.动态库

动态库

动态库，动态库是在程序运行时被载入引用。 只在程序中做一个标记，当用到被标记的库中的函数时，程序会顺着做的标记找到库，然后调用需要的函数，并不会像静态库一样将库中的所有内容都复制包含进来。

为什么有了静态库还要设计动态库？

动态库特点总结：

   （1）动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期。　

   （2）可以实现进程之间的资源共享。（因此动态库也称为共享库）

   （3）将一些程序升级变得简单。

   （4）甚至可以真正做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制（显式调用）。

## 创建动态库
1.linux动态库的命名规则
　　动态链接库的名字形式为 libxxx.so，前缀是 lib，后缀名为“.so”；针对于实际库文件，每个共享库都有个特殊的名字“so name”。在程序启动后，程序通过这个名字来告诉动态加载器，该载入哪个共享库；在文件系统中，soname仅是一个链接到实际动态库的链接。对于动态库而言，每个库实际上都有另一个名字给编译器来用。它是一个指向实际库镜像文件的链接文件（lib+soname+.so）。

2.创建动态库（.so）
同样是上面的代码

第一步：生成位置无关的目标文件.o(unite_time.o)，此时要加编译器选项-fpic

g++ -fPIC -c unite_time.cpp //-fPIC 创建与地址无关的编译程序（pic，position independent code），是为了能够在多个应用程序间共享。

第二步：生成动态库，此时要加链接器选项-shared

g++ -shared -o libunite_time.so unite_time.o

也可以将上面两步合为一步

 g++ -fPIC -shared -o libunite_time.so unite_time.cpp

使用动态库

g++ test.cpp -L./ -lunite_time -o test
动态库

Linux系统在同一目录下有可能找不到动态库位置，那么在执行程序时如何定位动态库的位置呢？

（1） 当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径。此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader)。
（2）对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so*来完成的，它先后搜索elf文件的 DT_RPATH段—环境变LD_LIBRARY_PATH—/etc/ld.so.cache文件列表—/lib/,/usr/lib 目录找到库文件后将其载入内存。

如何让系统能够找到它？

（1）如果安装在/lib或者/usr/lib下，那么ld默认能够找到，无需其它操作。
（2）如果安装在其它目录，需要将其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步骤如下：

第一步：编辑/etc/ld.so.conf文件，加入库文件所在目录的路径
第二步：运行ldconfig ，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件

4使用动态库运行时加载的特性做热更新

根据动态库运行时加载的特性，我们可以在不重新编译可执行文件的情况下，对动态库进行热更新，使得test执行过程中执行热热加载
我们修改一下库函数的内容

 /**
    * @file: unite_time.cpp
    * @author: mattbaisteins@gmail.com
    * @date: 2020-08-03
    * @brif:
    **/
  
   #include "unite_time.h"
   #include <ctime>
  std::string get_time() {
      return "hello world";
  }

重新生成动态库，不重新编译可执行文件，可以发现结果已经变成了新的动态库内容


动态库热更新

热加载

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