Linux动静态库开发基础：静态库与动态库的编译构建、链接使用及问题排查

文章目录

[一、静态库](#一、静态库)
- [1、背景](#1、背景)
- [2、原理](#2、原理)
- [3、静态库的流程](#3、静态库的流程)
- - [（1）编写者](#（1）编写者)
  - [（2）使用者](#（2）使用者)
  - [（3）简化 gcc 编译选项](#（3）简化 gcc 编译选项)
  - [（4）myerrno 问题](#（4）myerrno 问题)
  - [（5）结论](#（5）结论)
[二、动静态库](#二、动静态库)
- [1、编写者](#1、编写者)
- [2、使用者](#2、使用者)
- [3、加载找不到动态库](#3、加载找不到动态库)
[三、总结](#三、总结)

💻作者简介：曾与你一样迷茫，现以经验助你入门 Linux。

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📚系列专栏：Linux 探索之旅：从命令行到系统内核

✨代码趣语：静态库是装满工具的箱子，编译时全塞程序，方便但沉；动态库是共享架，记位置，没工具就卡壳。

💪代码千行，始于坚持，每日敲码，进阶编程之路。

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在 Linux C/C++ 开发中，库是代码复用和工程化的核心。不少开发者会遇到源码泄露、编译 "找不到头文件 / 库"、动态库运行加载失败等问题，本质是对库的流程不熟悉。本文从背景切入，先讲静态库的原理、制作与使用，再讲动态库的实战技巧，帮你掌握库的全流程应用。

一、静态库

1、背景

设计一个静态库并将已经写好的代码给别人用。有两种方法：

把源文件给他
把源代码打包成库，必须提供头文件。头文件的本质是库文件的说明书。

libxxx.a - - - 静态链接

libxxx.so - - - 动态链接

2、原理

3、静态库的流程

（1）编写者

编写源代码（不包括 main 函数）。

mymath.h

javascript 复制代码

#pragma once 

#include<stdio.h>

extern int myerrno;
int add(int x,int y);
int sub(int x,int y);
int mul(int x,int y);
int div(int x,int y);

mymath.c

javascript 复制代码

#include"mymath.h"

int myerrno = 0;
int add(int x,int y)
{
    return x + y;
}
int sub(int x,int y)
{
    return x - y;
}
int mul(int x,int y)
{
    return x * y;
}
int div(int x,int y)
{
    if(y == 0)
    {
        myerrno = 1;
        return -1;
    }
    return x / y;
}

makefile

javascript 复制代码

lib=libmymath.a
$(lib):mymath.o
	ar -rc $@ $^
mymath.o:mymath.c
	gcc -c $^
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf *.o *.a lib
.PHONY:output
output:
	mkdir -p lib/include
	mkdir -p lib/mymathlib
	cp *.h lib/include
	cp *.a lib/mymathlib

这里不写 $@ 的原因是因为 gcc 可以将 mymath.h 编译成和源文件名字相同的 .o 文件。

ar 是生成静态库的 1 个命令，可以将所有的 .o 文件打包形成 .a 文件，-rc 表示将所有的 .o 放在目标文件 .a 中，如果不存在就创建，如果存在就替换。

编译生成 .a 和 .o 文件。
将生成的文件打包进文件夹中。
将生成的 lib 文件夹打包压缩。

（2）使用者

下载并解压静态库的压缩包
编写 main 函数。

javascript 复制代码

#include "mymath.h"
int main()
{
    int n = div(10,0);
    printf("10/0=%d,errno=%d\n",n,myerrno);
    return 0;
}

编译代码

没有找到头文件

原因

编译器会在默认路径和当前目录下（和源代码在同一级路径下）寻找头文件。

解决方法
方法 1
gcc main.c -I + 目录：编译器会去指定目录下寻找头文件。
方法 2
#include "lib/include/mymath.h" 可以在代码中包含路径。

这里推荐使用方法 1。

链接错误（找不到静态库）

下图中的错误是链接错误，原因是因为以 .o 结尾的一般是链接错误。

-c：编译到目标代码

gcc -c 编译通过，只能说明代码在语法和基本编译规则上没有问题，它不检查链接错误。

-L

静态库的存储路径。

没有包含 .a 文件

-l

找到 .a 文件，这里是静态库的真实名字，建议 -l 和库的真实名字相连接，二者之间没有空格。

库的真实名字

去掉前缀和后缀。

（3）简化 gcc 编译选项

直接将头文件和静态库放进系统文件夹。这是库的安装。这里不建议不要将头文件和静态库放入系统中。

需要指明静态库的真实名字，才能编译成功。
使用软链接
使用 makefile

javascript 复制代码

main:main.c
	gcc main.c -I ./lib/include/ -L ./lib/mymathlib/ -lmymath -o main
.PHONY:clean
clean:
	rm -f main

（4）myerrno 问题

上面的 errno 不是 -1 的原因是因为 c 语言的实例化是从右向左实例化的。即 printf("10/0=%d,errno=%d\n",div(10,0),myerrno); 这句代码中先调用 myerrno 然后使用 div。调用的顺序错误正确的顺序是在调用 myerrno 时应使用 div，然后使用 myerrno。
修改后的代码

javascript 复制代码

#include "mymath.h"
int main()
{
    int n = div(10,0);
    printf("10/0=%d,errno=%d\n",n,myerrno);
    return 0;
}

（5）结论

第 3 方库使用的时候必须使用 -l 选项
ldd

可以查看是否是动态链接还是静态链接。如下图 gcc 采用的是动态链接，因为文件是以 .so 结尾的。
gcc 默认是动态链接，如果只提供静态链接，gcc 只能对该库使用静态链接。ldd 的输出反映的是整个程序是否依赖动态库，而非单个库的链接方式。上面使用的是静态库，gcc 对静态库采用静态链接，这里没有显示静态库的链接。但对可执行程序来讲，程序中还有其他库（如 C 标准库 libc）使用了动态链接（默认行为），整个程序仍然是 "动态链接的可执行文件"。
当同一库的动态版本（.so）和静态版本（.a）同时存在时，gcc 默认会优先选择动态链接方式。
若要强制使用静态链接，可在编译时添加 -static 选项。不过需要注意，-static 并非绝对强制的指令 - - - 它的作用是告知 gcc 尽量采用静态链接，但在某些情况下，gcc 可能仍无法实现完全的静态链接。

二、动静态库

1、编写者

编写代码
gcc

mylog.h

javascript 复制代码

#pragma once //防止头文件被重复包含
#include<stdio.h>
void log(const char*);

mylog.c

javascript 复制代码

#include"mylog.h"
void log(const char* info)
{
    printf("Warning:%s\n",info);
}

myprint.c

javascript 复制代码

#include "myprint.h"
void Print()
{
    printf("hello world!\n");
    printf("hello world!\n");
    printf("hello world!\n");
    printf("hello world!\n");
}

myprint.h

javascript 复制代码

#pragma once //防止头文件被重复包含
#include<stdio.h>
void Print();

makefile

javascript 复制代码

dy-lib=libmymethod.so
static-lib=libmymath.a

# 同时生成动态库和静态库
.PHONY:all
all: $(dy-lib) $(static-lib)


# 生成静态库
$(static-lib):mymath.o
	ar -rc $@ $^
mymath.o:mymath.c
	gcc -c $^

# 生成动态库
$(dy-lib):mylog.o myprint.o
	gcc -shared -o $@ $^
mylog.o:mylog.c
	gcc -fPIC -c $^
myprint.o:myprint.c
	gcc -fPIC -c $^

# 清理静态库文件
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf *.o *.a *.so mylib

# 打包
.PHONY:output
output:
	mkdir -p mylib/include
	mkdir -p mylib/lib
	cp *.h mylib/include
	cp *.a mylib/lib 
	cp *.so mylib/lib

编译代码，将 .c 文件编译成 .o 文件。
fPIC ：产生位置无关码。
生成动态库
.so 表示动态库。
-shared 此选项表示不生成可执行程序，将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库 -O0、-O1、-O2、-O3 编译器的优化选项的 4 个级别，-O0 表示没有优化，-O1 为缺省值，-O3 优化级别最高。

2、使用者

编译代码（包含动静态库）
运行代码

有 ldd 和 a.out 可以看出生成的可执行程序为动态链接的。
gcc 编译时的路径是编译器，还需要让系统（加载器）明白动态库在哪里。

3、加载找不到动态库

将动态库拷贝到系统路径（/lib64 或者 /usr/lib64/）下。实际情况，我们使用的库都是别人成熟的库，都采用直接安装到系统的方式。
建立软链接
将自己的库所在的路径添加到系统的环境变量中。使用 echo $LD_LIBRARY_PATH 搜索用户自定义的库路径。

xshell 每次重启都会重新加载环境变量，可以将 LD_LIBRARY_PATH 这个环境变量添加到 vim ~/.bash_profile，来解决这个问题。
在 /etc/ld.so.conf.d 这是系统维护动态库时放的路径，建立自己的动态库路径的配置文件，然后使用 ldconfig 重新加载即可。

（1）切换到 root 身份并进入到 /etc/ld.so.conf.d 这个路径下，创建以 .conf 结尾的文件并添加路径，这种方法和 xshell 是否关闭没有影响。

（2）使用 ldconfig 重新加载文件

（3）成功执行可执行程序

（4）如果不想使用这种方法，可以删除刚才新建的文件，然后使用 ldconfig 重新加载文件即可。