GCC编译(6)静态库工具AR

GCC编译(6)静态库工具AR

Author: Once Day Date: 2026年2月20日

一位热衷于Linux学习和开发的菜鸟，试图谱写一场冒险之旅，也许终点只是一场白日梦...

漫漫长路，有人对你微笑过嘛...

全系列文章可参考专栏: 编译构建工具链_Once-Day的博客-CSDN博客

参考文章:

ar(1) - Linux manual page

【Linux】ar命令：用于创建、修改和提取静态库（archive）-CSDN博客

Linux命令学习手册-ar - 知乎

Linux ar命令介绍和常用示例 - Link_Z - 博客园

文章目录

GCC编译(6)静态库工具AR
- - - [1. AR工具概述](#1. AR工具概述)
    - - [1.1 背景介绍](#1.1 背景介绍)
      - [1.2 基础使用](#1.2 基础使用)
      - [1.3 档案(archive)](#1.3 档案(archive))
    - [2. 命令参数介绍](#2. 命令参数介绍)
    - - [2.1 AR 操作指令](#2.1 AR 操作指令)
      - [2.2 AR 通用命令修饰符](#2.2 AR 通用命令修饰符)
      - [2.3 plugin 选项](#2.3 plugin 选项)
    - [3. 使用技巧](#3. 使用技巧)
    - - [3.1 makefile 创建静态库](#3.1 makefile 创建静态库)
      - [3.2 重新组合二进制文件](#3.2 重新组合二进制文件)

1. AR工具概述

1.1 背景介绍

GCC中的AR命令全称是Archive，是一个用于创建、修改和提取档案（archive）文件的工具。档案文件通常用于将多个目标文件打包成一个文件，以便于管理和分发。

在 GCC 工具链体系中，ar 并非编译器本身的一部分，而是 GNU Binutils 中的归档工具，其核心职责是将多个目标文件（通常是 .o 文件）按特定格式封装为一个归档文件，即静态库（.a）。这种归档文件本质上是一个简单的文件容器，内部仍然是标准的 ELF 目标文件结构，只是在文件头部增加了归档元信息，便于索引与管理。与链接阶段直接输入多个 .o 相比，使用归档文件能够简化依赖管理，使模块化构建更加清晰。

从构建流程来看，ar 通常出现在"编译 → 归档 → 链接"这一链条中。例如：

bash 复制代码

gcc -c foo.c bar.c
ar rcs libmylib.a foo.o bar.o
gcc main.c -L. -lmylib -o app

其中 r 表示替换或添加成员，c 表示创建新归档，s 用于生成符号索引。这个符号索引（symbol table）对链接器至关重要，它允许 ld 在解析未定义符号时快速定位所需的目标文件成员，而无需线性扫描整个归档。

在机制层面，静态库的"按需提取"特性是其关键优势。链接器在处理 .a 文件时，并不会整体展开库中的所有对象，而是仅将满足未解析符号引用的目标文件纳入最终可执行文件。这种策略避免了无谓的代码膨胀，同时也解释了链接顺序敏感的问题：若依赖库顺序错误，符号可能无法被正确解析。

在工程实践中，ar 常与 ranlib 配合使用（尽管现代 ar rcs 已自动生成索引），并可通过 ar t、ar x 等命令查看或提取归档内容。相比动态库 .so，静态库在链接阶段即被整合进最终产物，部署时不再依赖外部库文件，但代价是体积增大且无法在运行时共享代码段。因此，在嵌入式开发、单体部署场景中静态归档尤为常见，而在通用 Linux 发行环境中则更多依赖动态链接机制。

1.2 基础使用

以下是AR命令的一些常见用法：

（1）创建档案文件：

yacas 复制代码

ar rc libmylib.a file1.o file2.o file3.o

上述命令会创建一个名为libmylib.a的档案文件，并将file1.o、file2.o和file3.o三个目标文件打包进去。

（2）查看档案文件内容：

yacas 复制代码

ar t libmylib.a

该命令会列出libmylib.a档案文件中包含的所有目标文件。

（3）向档案文件中添加目标文件：

yacas 复制代码

ar r libmylib.a file4.o

该命令会将file4.o目标文件添加到libmylib.a档案文件中。如果档案文件不存在，则会创建一个新的档案文件。

（4）从档案文件中提取目标文件：

yacas 复制代码

ar x libmylib.a file2.o

该命令会从libmylib.a档案文件中提取出file2.o目标文件。

（5）删除档案文件中的目标文件：

yacas 复制代码

ar d libmylib.a file3.o

该命令会从libmylib.a档案文件中删除file3.o目标文件。

AR命令还有其他一些选项和用法，可以通过man ar命令查看完整的文档。

1.3 档案(archive)

在 GNU 工具链语境下，archive 本质上是一种面向链接阶段优化的容器格式，而不是通用压缩打包工具。其内部结构以全局头和若干成员头为基础，每个成员通常是标准 ELF 可重定位目标文件（relocatable object）。ar 在归档时会保留成员的权限位、时间戳及 UID/GID 等元数据，因此它不仅是逻辑聚合，更是一种"可还原"的二进制封装机制，这也是其被归类为二进制实用程序的原因。

真正影响链接性能的是符号索引（armap）。当使用 ar rcs libfoo.a *.o 时，s 选项会为归档生成一个符号到成员对象的映射表。链接器 ld 在解析未定义符号时，可通过该索引直接定位目标成员，而无需顺序扫描全部对象文件。若缺失索引，虽仍可链接，但会显著增加解析开销，尤其在大型静态库场景下。索引可通过 nm -s libfoo.a 查看，本质上是一个特殊成员。

薄档案（thin archive）则体现了构建系统优化思想。使用 ar rcT libfoo.a *.o 创建的 thin archive 并不复制对象内容，而仅保存对原始 .o 的路径引用，因此体积小、创建快，适合大型工程的中间构建产物。其"扁平"特性意味着嵌套添加时不会形成层级结构，而是直接展开成员。需要注意的是，成员路径以归档文件为基准保存，移动构建目录可能导致失效。

与之对比可简要归纳如下：

类型	内容存储	体积	可移植性	典型场景
普通 archive	拷贝对象文件	较大	强	发布静态库
thin archive	引用原始对象	极小	依赖路径	本地构建

在实践中，archive 机制与"按需提取"策略结合，使库内对象顺序不再影响符号解析；只要索引存在，成员间可自由互调。这种设计与 ELF 重定位模型协同工作，构成了 GCC 静态链接体系的基础。

2. 命令参数介绍

AR的命令帮助信息如下：

yacas 复制代码

ubuntu->~:$ ar --help
Usage: ar [emulation options] [-]{dmpqrstx}[abcDfilMNoOPsSTuvV] [--plugin <name>] [member-name] [count] archive-file file...
       ar -M [<mri-script]
 commands:
  d            - delete file(s) from the archive
  m[ab]        - move file(s) in the archive
  p            - print file(s) found in the archive
  q[f]         - quick append file(s) to the archive
  r[ab][f][u]  - replace existing or insert new file(s) into the archive
  s            - act as ranlib
  t[O][v]      - display contents of the archive
  x[o]         - extract file(s) from the archive
 command specific modifiers:
  [a]          - put file(s) after [member-name]
  [b]          - put file(s) before [member-name] (same as [i])
  [D]          - use zero for timestamps and uids/gids (default)
  [U]          - use actual timestamps and uids/gids
  [N]          - use instance [count] of name
  [f]          - truncate inserted file names
  [P]          - use full path names when matching
  [o]          - preserve original dates
  [O]          - display offsets of files in the archive
  [u]          - only replace files that are newer than current archive contents
 generic modifiers:
  [c]          - do not warn if the library had to be created
  [s]          - create an archive index (cf. ranlib)
  [l <text> ]  - specify the dependencies of this library
  [S]          - do not build a symbol table
  [T]          - deprecated, use --thin instead
  [v]          - be verbose
  [V]          - display the version number
  @<file>      - read options from <file>
  --target=BFDNAME - specify the target object format as BFDNAME
  --output=DIRNAME - specify the output directory for extraction operations
  --record-libdeps=<text> - specify the dependencies of this library
  --thin       - make a thin archive
 optional:
  --plugin <p> - load the specified plugin

2.1 AR 操作指令

下面是AR的常用操作指令说明：

（1）删除(d)，从归档文件中删除指定的文件。

yacas 复制代码

ar d libtest.a file1.o file2.o

该命令将从libtest.a归档文件中删除file1.o和file2.o文件。

（2）移动(m[ab])，在归档文件中移动文件的位置。

yacas 复制代码

ar mab libtest.a file1.o file2.o

该命令将file1.o和file2.o文件移动到归档文件的末尾（b选项）或者开头（a选项）。

（3）打印§，打印归档文件中指定文件的内容。

yacas 复制代码

ar p libtest.a file1.o

该命令将显示libtest.a归档文件中file1.o文件的内容。

（4）快速追加(q[f])，将文件快速追加到归档文件的末尾。

yacas 复制代码

ar q libtest.a file3.o file4.o

该命令将file3.o和file4.o文件追加到libtest.a归档文件的末尾。如果使用f选项，则即使归档文件不存在也会创建它。

（5）替换或插入(r[ab][f][u])，替换归档文件中已有的文件，或插入新文件。

yacas 复制代码

ar r libtest.a file1.o file5.o

该命令将用file5.o替换libtest.a归档文件中的file1.o，如果file5.o不存在，则将其插入到归档文件中。选项a和b分别表示将文件插入到归档的开头或末尾，f选项表示即使归档文件不存在也会创建它，u选项表示只有当文件比归档中的同名文件更新时才替换。

（6）符号表(s)，类似于ranlib命令，用于创建或更新归档文件的符号表。

yacas 复制代码

ar s libtest.a

该命令将创建或更新libtest.a归档文件的符号表，加速对归档文件中符号的访问。

（7）内容列表(t[O][v])，显示归档文件的内容列表。

yacas 复制代码

ar tv libtest.a

该命令将显示libtest.a归档文件中的文件列表。v选项提供详细输出，O选项按照归档文件中的顺序显示文件列表。

（8）提取(x[o])，从归档文件中提取指定的文件。

yacas 复制代码

ar x libtest.a file1.o file2.o

该命令将从libtest.a归档文件中提取file1.o和file2.o文件。o选项表示提取文件时保留原始的日期。

2.2 AR 通用命令修饰符

下面是AR的通用命令修饰符介绍：

（1）不警告([c])，在创建归档文件时，如果归档文件不存在，AR不会显示警告信息。这在脚本或自动化流程中很有用，可以避免不必要的警告输出。

yacas 复制代码

ar cr libtest.a file1.o file2.o

（2）符号表索引([s])，在创建归档文件时，AR会同时创建归档文件的符号表索引，类似于ranlib命令的功能。这样可以加速对归档文件中符号的访问，特别是在大型项目中使用归档文件作为库时非常有用。

yacas 复制代码

ar rs libtest.a file1.o file2.o

（3）依赖关系([l])，指定当前库文件的依赖关系。这个选项可以在归档文件中记录其所依赖的其他库文件，方便管理复杂的库依赖关系。

yacas 复制代码

ar rl "libdep1.a libdep2.a" libtest.a file1.o file2.o

（4）不生成符号表([S])，在创建归档文件时，AR不会生成符号表。这可以减小归档文件的大小，但会影响对归档文件中符号的访问效率。

yacas 复制代码

ar rS libtest.a file1.o file2.o

（5）详细输出([v])，在执行操作时，AR会显示详细的信息，包括正在处理的文件名、操作结果等。这对于调试和理解AR的行为非常有帮助。

yacas 复制代码

ar rvx libtest.a file1.o file2.o

（6）版本号([V])，显示AR的版本号。这个选项可以用于检查当前系统中AR的版本，以确保兼容性。

yacas 复制代码

ar V

（7）读取选项文件(@) ，从指定的文件中读取AR命令选项。这个功能可以将一组常用的AR选项存储在文件中，然后通过@选项来引用，从而简化AR命令的编写。

yacas 复制代码

ar @options.txt

（8）目标文件格式(--target=BFDNAME)，指定目标对象文件格式为BFDNAME。这个选项可以让AR适应不同的目标平台和文件格式，提高其灵活性和可移植性。

yacas 复制代码

ar --target=elf64-x86-64 r libtest.a file1.o file2.o

（9）提取输出目录 (--output=DIRNAME)，指定提取操作的输出目录。这个选项可以将提取的文件放置在指定的目录中，而不是当前工作目录，方便管理提取出的文件。

yacas 复制代码

ar --output=extracted_files x libtest.a

（10）记录依赖关系(--record-libdeps=) ，指定当前库文件的依赖关系，与[l]选项类似。这个选项提供了另一种记录库依赖关系的方式，可以根据个人喜好选择使用。

yacas 复制代码

ar --record-libdeps="libdep1.a libdep2.a" r libtest.a file1.o file2.o

（11）瘦归档文件(--thin)，创建瘦归档文件，即只存储文件的路径而不存储文件内容。这种归档文件可以大大减小归档文件的大小，特别适用于存储大量小文件的场景。但是，使用瘦归档文件时，需要确保原始文件在提取时可用。

yacas 复制代码

ar --thin r libtest.a file1.o file2.o

2.3 plugin 选项

AR的--plugin选项允许AR加载额外的插件，以支持更多的文件格式，包括包含链接时优化(Link-Time Optimization, LTO)信息的目标文件。这个功能可以显著扩展AR的应用范围和灵活性，特别是在使用LTO等高级编译优化技术时。

使用--plugin选项的基本语法如下：

yacas 复制代码

 ar --plugin name [other options] [member...]

其中，name是要加载的插件名称。例如，要加载名为liblto_plugin.so的插件，可以使用以下命令：

yacas 复制代码

 ar --plugin liblto_plugin.so r libtest.a file1.o file2.o

需要注意的是，--plugin选项只在工具链启用了插件支持时可用。如果在构建工具链时没有启用插件支持，则无法使用该选项。

如果没有通过--plugin选项指定要加载的插件，但工具链启用了插件支持，那么AR会自动搜索${libdir}/bfd-plugins目录下的插件文件。AR会按照字母顺序遍历该目录下的文件，并使用第一个声明支持当前目标文件的插件。这种机制可以简化插件的管理和使用，无需每次都显式指定插件名称。

例如，假设${libdir}/bfd-plugins目录下有以下插件文件：

liblto_plugin.so.0.0.0
my_custom_plugin.so
other_plugin.so

当使用AR操作包含LTO信息的目标文件时，如果没有通过--plugin选项指定插件名称，AR会自动选择liblto_plugin.so.0.0.0插件，因为它在字母顺序上优先于其他插件。

需要特别注意的是，AR的--plugin选项使用的插件搜索目录与ld的-plugin选项不同。为了让AR使用ld的插件，需要将插件文件复制到${libdir}/bfd-plugins目录下。对于基于GCC的编译，ld的插件文件通常名为liblto_plugin.so.0.0.0，而基于Clang的编译则使用LLVMgold.so。GCC插件通常向后兼容早期版本，因此只需复制最新版本的插件文件即可。

3. 使用技巧

3.1 makefile 创建静态库

在Makefile编译流程中，AR工具通常用于创建和管理静态库文件(.a文件)。静态库是一组目标文件(.o文件)的集合，可以在链接阶段被其他目标文件或可执行文件引用。通过将常用的函数、类等代码编译为静态库，可以提高代码的重用性、模块化和可维护性。

在Makefile中，AR工具的作用主要体现在以下两个方面：

创建静态库 ：将一组.o文件打包成一个.a静态库文件。
更新静态库 ：向已有的.a静态库文件中添加、删除或替换.o文件。

以下是在Makefile中使用AR工具的典型实现形式：

makefile 复制代码

# 定义静态库的名称
LIBRARY = libmylib.a

# 定义静态库所包含的目标文件
OBJECTS = file1.o file2.o file3.o

# 定义编译器和编译选项
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -c

# 定义AR工具和操作选项
AR = ar
ARFLAGS = rcs

# 默认的目标：创建静态库
all: $(LIBRARY)

# 创建静态库的规则
$(LIBRARY): $(OBJECTS)
    $(AR) $(ARFLAGS) $@ $^

# 编译目标文件的规则
%.o: %.c
    $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@

# 清理生成的文件
clean:
    rm -f $(OBJECTS) $(LIBRARY)

在上面的Makefile示例中：

LIBRARY变量定义了要创建的静态库的名称，这里是libmylib.a。
OBJECTS变量定义了静态库所包含的目标文件，这里是file1.o、file2.o和file3.o。
CC和CFLAGS变量定义了编译器和编译选项，用于编译源代码文件生成目标文件。
AR和ARFLAGS变量定义了AR工具和操作选项。ARFLAGS中的r表示替换或添加目标文件，c表示在必要时创建静态库，s表示创建目标文件索引以加快访问速度。
all目标是默认目标，依赖于$(LIBRARY)，表示创建静态库。
$(LIBRARY)目标的规则描述了如何从目标文件$(OBJECTS)创建静态库。$@表示目标名称，即$(LIBRARY)，$^表示所有的依赖文件，即$(OBJECTS)。
%.o: %.c是一个隐含规则，描述了如何从.c源文件编译生成.o目标文件。
clean目标用于清理生成的中间文件和静态库文件。

当在命令行中执行make命令时，Makefile中的规则将被依次执行，最终生成静态库文件libmylib.a。

3.2 重新组合二进制文件

从工程实践角度看，静态库本质上只是若干 ELF 目标文件的归档容器，ar 并不会改变 .o 的符号结构与重定位信息。因此通过 ar x 将特定目标文件解包，本质上是把原有编译单元重新暴露给链接阶段，这种做法在无法获取源代码但又需要局部替换实现时尤为常见。

需要注意，提取前可用 ar t libtest.a 或 nm libtest.a 查看成员及符号分布，避免误提取无关模块。

bash 复制代码

ar t libtest.a
nm -C libtest.a | grep target_symbol
ar x libtest.a file1.o file2.o

重新组合时，编译器会先将 file3.c、file4.c 编译为临时目标文件，再与已有的 file1.o、file2.o 一并交由链接器处理。因此符号可见性、重复定义以及 ABI 兼容性是关键风险点。

例如若新源文件中定义了与原库中同名的全局符号，链接阶段会产生 multiple definition 错误；若原库使用特定编译选项（如 -fPIC、-fno-exceptions、不同的 -D 宏），而新编译单元未保持一致，可能导致 ABI 不匹配甚至运行期崩溃。

bash 复制代码

gcc -c file3.c -O2 -fPIC
gcc -o newbinary file1.o file2.o file3.o file4.o

在更复杂场景下，例如需要"覆盖"库中某个实现，可选择不提取该 .o，而是自行编译一个同名符号的新目标文件，并通过链接顺序控制解析优先级。

GNU ld 采用从左到右的符号解析策略，因此目标文件应置于库之前。此外，若原静态库内部存在相互依赖关系，简单抽取部分 .o 可能破坏依赖闭环，需要结合 ldd、readelf -Ws 分析符号引用关系，确保重组后的链接图完整。

Once Day

也信美人终作土，不堪幽梦太匆匆......
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