gcc编译生成静态及动态链接库步骤

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这两天在看《Linux C程序设计大全》，吴岳编著，清华大学出版社。这本书是在一个培训机构看到的，在网上查了下该书的相关信息。从目录而言，该书涵盖了Linux下C程序设计的较多内容，包括C语言基础（主要讲解C语法结构）、C语言开发环境（主要介绍VIM使用、GCC使用、makefile编写、gdb使用）、Linux进程操作、Linux文件操作、Linux网络编程这几部分。阅读了该书几个小章节，总体而言，书的部分内容较充实，但是存在较多编辑错误，部分样例实际运行时与书中内容不符。

      这里使用该书P192-P199的例子，总结下gcc编译静态及动态链接库的方法及步骤。

    程序清单如下：

test.c文件内容：

01 int add(int a, int b)
02 {
03     return a + b;
04 }
05
06 int sub(int a, int b)
07 {
08     return a - b;
09 }
10
11 int mul(int a, int b)
12 {
13     return a * b;
14 }
15
16 int div(int a, int b)
17 {
18     return a / b;
19 }

test.h文件内容：

01 #ifndef _TEST_H_
02
03 #define _TEST_H_
04
05 extern int add(int a, int b);
06 extern int sub(int a, int b);
07 extern int mul(int a, int b);
08 extern int div(int a, int b);
09
10 #endif

main.c文件内容：

01 #include <stdio.h>
02 #include "test.h"
03
04 int main ()
05 {
06     int a, b;
07     printf("please input a and b\n");
08     scanf("%d%d", &a, &b);
09
10     printf("The add : %d\n", add(a, b));
11     printf("The sub : %d\n", sub(a, b));
12     printf("The mul : %d\n", mul(a, b));
13     printf("The div : %d\n", div(a, b));
14
15     return 0;
16 }

    1. 首先总结使用gcc生成静态库及使用静态库的方法：

    在此例中，test.c用于编译生成静态库libtest.a，test.h为libtest.a对应的头文件。

    step 1： 生成test.o目标文件，使用如下命令：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
2 main.c  test.c  test.h
3 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -c test.c -o test.o
4 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
5 main.c  test.c  test.h  test.o

    在第一步中使用gcc -c test.c -o test.o首先生成test.o目标文件。

    step 2: 使用ar将test.o打包成libtest.a静态库，使用如下命令：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ar rcs -o libtest.a test.o
2 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
3 libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o

    step 3：生成libtest.a静态库后，可以使用ar t参数查看libtest.a文件中包含哪些文件：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ar t libtest.a
2 test.o
3 [xgqin@xgqin-desktop so]$

    step 4: 编译main.c，并使用libtest.a静态库，链接时-l参数后不加空格指定所需链接的库，这里库名是libtest.a，但是只需要给出-ltest即可，ld会以libtest作为库的实际名字（例如-lm参数，实际表示链接libm库，也就是数学库）：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_static main.c -L. -ltest
2 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
3 app_static  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o

    或使用如下方式编译main.c，并使用libtest.a静态库：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_static main.c libtest.a
2 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
3 app_static  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o

 step 5: 运行app_static：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ./app_static
2 please input a and b
3 4 2
4 The add : 6
5 The sub : 2
6 The mul : 8
7 The div : 2
8 [xgqin@xgqin-desktop so]$

    step 6: 使用readelf 查看app_static的符号表，观察sub, add, mul, div等函数是否处于app_static的.text段中。注意，section headers中指出 .text代码段的编号是13，而再symbol table '.symtab'中则显示add, div, mul, sub均处于13段中，也就是.text代码段中。因此libtest.a静态库经过链接后对应的函数代码已加入app_static程序代码段中，此为静态链接。

01 [xgqin@xgqin-desktop so]$ readelf -a app_static
02     ....
03 Section Headers:
04   [Nr] Name              Type             Address           Offset
05        Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
06   ....
07   [13] .text             PROGBITS         0000000000400520  00000520
08        0000000000000274  0000000000000000  AX       0     0     16
09   [14] .fini             PROGBITS         0000000000400794  00000794
10        0000000000000009  0000000000000000  AX       0     0     4
11   [15] .rodata           PROGBITS         00000000004007a0  000007a0
12        0000000000000062  0000000000000000   A       0     0     8
13     ....
14   [29] .strtab           STRTAB           0000000000000000  00001fb8
15        000000000000027b  0000000000000000           0     0     1
16 Symbol table '.symtab' contains 72 entries:
17    Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
18     ....
19     49: 00000000004006c4    20 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 add
20     ....
21     53: 0000000000400701    19 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 div
22     ....
23     64: 0000000000400610   179 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 main
24     65: 00000000004006ee    19 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 mul
25     ....
26     70: 00000000004006d8    22 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 sub
27     ....

    注：《Linux C程序设计大全》中给出的三种链接静态库的方法在实际使用时均出现报错，如下所示：

01 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc main.c -llibtest.a -o app
02 /usr/bin/ld: cannot find -llibtest.a
03 collect2: error: ld returned 1 exit status
04 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc main.c -ltest.a -o app
05 /usr/bin/ld: cannot find -ltest.a
06 collect2: error: ld returned 1 exit status
07 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc main.c -ltest -o app
08 /usr/bin/ld: cannot find -ltest
09 collect2: error: ld returned 1 exit status
10 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -L. main.c -o app
11 /tmp/ccEpq6Fp.o: In function `main':
12 main.c:(.text+0x37): undefined reference to `add'
13 main.c:(.text+0x57): undefined reference to `sub'
14 main.c:(.text+0x77): undefined reference to `mul'
15 collect2: error: ld returned 1 exit status
16 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc main.c -static ./libtest.a -o app
17 /usr/bin/ld: cannot find -lc
18 collect2: error: ld returned 1 exit status
19 [xgqin@xgqin-desktop so]$

    具体出错原因，个人推测应与ld相关。

    2. 再总结使用gcc生成动态库及使用动态库的方法：

    step 1： 生成test.o目标文件，使用如下命令。此处需要添加-fPIC参数，该参数用于生成位置无关代码已共生成动态库使用：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -c -o test.o -fPIC test.c
2 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
3 app_static  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o
4 [xgqin@xgqin-desktop so]$ file test.o
5 test.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped

    step 2: 使用-shared参数生成动态库，使用如下命令：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -shared -o libmyshare.so test.o
2 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
3 app_static  libmyshare.so  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o
4 [xgqin@xgqin-desktop so]$ file libmyshare.so
5 libmyshare.so: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, BuildID[sha1]=0x4053caa2d2d48b9b026576a69929a4a44abedcb0, not stripped

    上述两个命令可以合在一块，如下所示：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -shared -fPIC -o libmyshare.so test.c
2 [xgqin@xgqin-desktop so]$ file libmyshare.so
3 libmyshare.so: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, BuildID[sha1]=0x4053caa2d2d48b9b026576a69929a4a44abedcb0, not stripped

    step 3: 编译main.c，使用libmyshare.so动态库：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_share main.c -L. -lmyshare
2 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
3 app_share  app_static  libmyshare.so  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o
4 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ldd app_share
5     linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff3972c000)
6     libmyshare.so => not found
7     libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x0000003039600000)
8     /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003039200000)

    使用ldd命令查看app_share使用的动态库，发现提示libmyshare无法找到，如果直接执行app_share，则出现如下错误：

1 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ./app_share
2 ./app_share: error while loading shared libraries: libmyshare.so: cannot open shared object file: No such file or directory

    查看相关资料后，提示与LD_LIBRARY_PATH相关，首先使用export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH将当前目录加入LD_LIBRARY_PATH变量中。再次运行ldd app_share，如下：

01 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_share main.c -L. -lmyshare
02 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ldd app_share
03     linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff26b70000)
04     libmyshare.so => not found
05     libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x0000003039600000)
06     /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003039200000)
07 [xgqin@xgqin-desktop so]$ export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH
08 [xgqin@xgqin-desktop so]$ echo $LD_LIBRARY_PATH
09 .:
10 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ldd app_share
11     linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff55dbe000)
12     libmyshare.so => ./libmyshare.so (0x00007fb8c3b18000)
13     libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x0000003039600000)
14     /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003039200000)
15 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ./app_share
16 please input a and b
17 4 2
18 The add : 6
19 The sub : 2
20 The mul : 8
21 The div : 2

 注：注意观察export前后的两次ldd执行时，libmyshare.so的指向情况。

另一种编译main.c，并链接libmyshare.so的方式如下（该方式通过./libmyshare.so直接指定使用当前目录下的libmyshare.so文件：

01 [xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_share main.c ./libmyshare.so
02 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ldd app_share
03  linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff066c3000)
04  ./libmyshare.so (0x00007f945b6b0000)
05  libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x0000003039600000)
06  /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003039200000)
07 [xgqin@xgqin-desktop so]$ ./app_share
08 please input a and b
09 4 2
10 The add : 6
11 The sub : 2
12 The mul : 8
13 The div : 2
14 [xgqin@xgqin-desktop so]$

本文中使用到的readelf属于binutils工具集，感兴趣的读者可以访问google或者百度。