C語言庫——靜態庫、共用庫

我們在編寫一個C語言程式的時候，經常會遇到好多重複或常用的部分，如果每次都重新編寫固然是可以的，不過那樣會大大降低工作效率，並且影響代碼的可讀性，更不利於後期的代碼維護。我們可以把他們製作成相應的功能函數，使用時直接調用就會很方便，還可以進行後期的功能更新。

     例如我要在一段代碼中多次交換兩個變數的值，我可以在代碼中多次寫入

i=x;
x=y;
y=i;

       不過這樣未免有點麻煩我們可以編寫一個change_two_int()函數進行簡化。
定義如下函數：
void change_two_int(int *a，int *b)
  {
     int c;
     c=*a;
     *a=*b;
     *b=c;
   }
    這樣每次要進行交換時只需調用 change_two_int(&x , &y);即可，是否方便了許多？

       那麼我們要討論的和這些有什麼關係呢？庫通俗的說就是把這些常用函數的目標檔案打包在一起，提供相應函數的介面，便於程式員使用。庫是別人寫好的現有的，成熟的，可以複用的代碼，我們只需要知道其介面如何定義，便可以自如使用。

       現實中每個程式都要依賴很多基礎的底層庫，不可能每個人的代碼都從零開始，因此庫的存在意義非同尋常。比如我們常使用的printf函數，就是c標準庫提供的函數。我們在使用時只需要包含相應的標頭檔就可以使用（非靜態編譯還要有相應的庫檔案）。而不用關心printf函數具體是如何?的，這樣就大大提高了程式員編寫代碼的效率。從使用方法上分庫大體上可以分為兩類：靜態庫和共用庫。在windows中靜態庫是以 .lib 為尾碼的檔案，共用庫是以 .dll 為尾碼的檔案。在linux中靜態庫是以 .a 為尾碼的檔案，共用庫是以 .so為尾碼的檔案。
以linux下的靜態庫和動態庫為例我們研究一下，首先我們看一下他們的產生方式

靜態庫：
首先將源檔案編譯成目標檔案：gcc –c a.c b.c
產生靜態庫：ar –rc libstatic.a a.o b.o

共用庫：
同靜態庫一樣編譯成目標檔案：gcc –c a.c b.c
產生共用庫：gcc –fPIC –shared –o libshared.so a.o b.o

       由此可見靜態庫和動態庫都是對目標檔案的處理，也可以說庫檔案已經是機器碼檔案了，靜態庫和共用庫的載入過程有很大的區別。

靜態庫的連結方法：
gcc –o staticcode –L. –lstatic main.c –static(預設庫在當前檔案夾)

共用庫的連結方法：
gcc –o sharedcode  -L. –lshared main.c(預設庫在當前檔案夾)

       當程式與靜態庫串連時，庫中目標檔案所含的所有將被程式使用的函數的機器碼被copy到最終的可執行檔中。這就會導致最終產生的可執行代碼量相對變多，相當於編譯器將代碼補充完整了，這樣運行起來相對就快些。不過會有個缺點: 佔用磁碟和記憶體空間. 靜態庫會被添加到和它串連的每個程式中, 而且這些程式運行時, 都會被載入到記憶體中. 無形中又多消耗了更多的記憶體空間.

       與共用庫串連的可執行檔只包含它需要的函數的參考資料表，而不是所有的函數代碼，只有在程式執行時, 那些需要的函數代碼才被拷貝到記憶體中。這樣就使可執行檔比較小, 節省磁碟空間，更進一步，作業系統使用虛擬記憶體，使得一份共用庫駐留在記憶體中被多個程式使用，也同時節約了記憶體。不過由於運行時要去連結庫會花費一定的時間，執行速度相對會慢一些，總的來說靜態庫是犧牲了空間效率，換取了時間效率，共用庫是犧牲了時間效率換取了空間效率，沒有好與壞的區別，只看具體需要了。

        另外，.一個程式編好後，有時需要做一些修改和最佳化，如果我們要修改的剛好是庫函數的話，在介面不變的前提下，使用共用庫的程式只需要將共用庫重新編譯就可以了，而使用靜態庫的程式則需要將靜態庫重新編譯好後，將程式再重新編譯一便。

庫操作的相關命令

nm

功能：
       列出編入目標檔案或二進位檔案的所有符號。用途一：查看程式調用什麼函數；用       途二：查看一個給定的庫或目標檔案是否提供了所需的函數。

文法：nm [options] file

常用選項：
-C 將符號名轉換為使用者級的名字。在讓C++函數名可讀方面特別有用。
-s 當用於.a檔案時，輸出把符號名映射到定義該符號的模組或成員名的索引。
-u 只顯示未定義的符號，即在被檢查的檔案外部定義的檔案。
-l  使用調試資訊輸出定義每個符號的行號，或未定義符號的重要位項。

ar

功能：將多個.o檔案組合到一起成為.a檔案。

文法：ar [options] lib*.a *.o

常用選項：
-c 如果封存檔案不存在，則建立，並不顯示ar發出的警告。
-q 把*.o添加到封存檔案末尾而不檢查是否進行替換。
-r  向封存檔案中插入.o檔案，替換已有的任何同名檔案，新成員添加到文檔末尾。
-s 建立或升級從符號到.a檔案之間的交叉索引映射表,並加入到.a檔案中。
   等價與ranlib [*.a]。執行該命令後，可用nm –s來查看產生的索引。

ldd
功能：顯示可執行程式運行所需的共用庫。
文法
ldd [options] file

常用選項：
-d 執行重定位並報告所有丟失的函數。
-r 執行對函數和資料對象的重定位並報告丟失的任何函數或資料對象。

ldconfig

功能：
       在預設搜尋目錄(/lib和/usr/lib)及動態庫設定檔/etc/ld.so.conf中所列的目錄下,搜尋出可共用的動態連結程式庫（lib*.so*）,進而建立出動態裝入程式(ld.so)所需的串連和快取檔案。快取檔案預設為 /etc/ld.so.cache，此檔案儲存了已排好序的動態連結程式庫名字列表。該在系統啟動時會運行,而當使用者安裝了一個新的動態連結程式庫時,就需要手工運行這個命令。

文法：
ldconfig [options] path

例如：ldconfig /root/lib 讓系統共用/root/lib目錄下的動態連結程式庫，即在/etc/ld.so.cache中添加指定目錄下的共用庫。[注意]若該目錄不在/lib,/usr/lib,/etc/ld.soconf所列的目錄列表裡，則再次運行ldconf時，此目錄下的動態連結程式庫就不被系統共用了。

常用選項：
-v 更新/etc/ld.so.cache的內容，列處每個庫的版本號碼，掃描的目錄和所有建立和更新的連結。
-p 僅顯示/etc/ld.so.cache的內容，即ld.so所知道的共用庫的當前列表。
-n  ldconf僅掃描-n命令所指定的目錄
-f CONF   指定動態連結程式庫的設定檔為CONF,系統預設為/etc/ld.so.conf。
-c CACHE  指定產生的快取檔案為CACHE,系統預設為/etc/ld.so.cache。
當ldconf不帶選項時，僅更新高速緩衝檔案。

環境變數
$LD_PRELOAD      由空格分隔的共用庫列表，在其它庫之前載入，使它們有機會覆蓋或重新定義標準庫。
$LD_LIBRARY_PATH 由冒號分隔的目錄清單，都是共用庫搜尋時會訪問的目錄。

來源: http://www.programbbs.com/bbs/view35-23657-1.htm