从C 语言用户角度理解 Linux 的库

　　从软件诞生的那天开始，如何有效地重复利用代码就成为了软件的开发的需要，否则，每个程序都要从头开始，编程就谈不上乐趣，就无法大规模推广了。C语言中库无疑是解决代码重复利用的重要途径之一，是非常简单合理的复用代码的一种方式。其实，软件库技术：长期存在；简单合理； 代码复用。下面以 Linux 为例，创建、发布和使用这些库，这些步骤也可以应用于其它类 Unix 系统。这些示例库使用 C 语言编写，适合该任务。Linux 内核大部分由 C 语言和少量汇编语言编写（Windows 和 Linux 的表亲如 macOS 也是如此）。用于输入/输出、网络、字符串处理、数学、安全、数据编码等的标准系统库等主要由 C 语言编写。所以使用 C 语言编写库就是使用 Linux 的原生语言来编写。除此之外，C 语言的性能也非常突出的。主要包括库和测试client程序用 C 语言客户程序来访问 C 语言编写的库，实际也可以用于其他编程语言。

一、静态库和动态库　　

linux中主要有静态库和动态库两种。其中

　　静态库：链接时直接将库文件的内容编码进代码；每个用到库文件的client程序都拥有库文件的拷贝；如果库文件更新了须要再次更新链接；

　　静态库：链接阶段只是做了标识；多个client用到的同一个动态库文件在内存中只有一份拷贝；库文件的更新须要系统加载器将共享库和client程序链接即可；动态库性能不如静态库高效；动态库的复杂性高；动态库的应用异常灵活；

　　1、库的源码先被便衣成一个或多个目标模块（二进制文件，但不包含可执行信息），目标模块可以被包含到库中；也可以被链接到可执行的二进制文件中

　　2、目标模块被打包成一个文件（静态库以.a动态库以.o）特殊后缀名，一般加上lib前缀

　　3、库文件的目录：/usr/lib   /usr/local/lib  ./ 当前目录

二、C语言的函数

　　1、函数的存储类决定着函数的应用范围，其中extern(默认)表明函数是整个库有效的；而static表明函数的范围被限制到函数所在的文件中；　　

　　　通过函数的存储类型的修饰符，完成函数应用范围的区分与特定函数的隐藏与隔离

　　2、函数的定义和声明，C语言中只允许命名函数

　　函数定义：1)、函数名称必须唯一

　　　　　　　2)、参数必须指明类型，参数列表可以为空，也就是无需传入参数

　　　　　　   3)、返回必须有具体类型，若明确无返回，需指定为void，只能返回一个值

　　　　　　   4)、函数主体包含若干程序语句，须要用{}包括，

　　3、函数的声明，与函数定义唯一的不同就是函数主体部分用 ； 替换{}部分即可；函数可以被多次声明，但只能被定义一次

　　4、函数的应用，

　　　　　　  1)、C语言中规定变量需先定义后使用，

　　　　　　  2)、被调用函数需对调用函数是可见的，

　　　　　　  3)、对一些暂时没有实现的被调用的函数，可以通过先声明，后定义的方式避免编程过程被打断、

　　　　　　  4)、也可以通过先定义被调用函数，再调用；

　　5、库

　　　　　　  1)、C语言中功能相近的函数形成库，

　　　　　　  2)、库中的函数通过其头文件实现对调用的函数的隐藏和封装，

　　　　　　  3)、头文件是客户程序与库函数的接口，

　　　　　　  4)、动态库的优势会更加明显

三、静态库的三步走制作：

　　以源代码primes.c为例，目标文件和库文件均以常规方式命名。

　　1、生成目标文件

　　gcc -c  primes.c 　　　　　　　　　　　　　　　　//只编译，生成目标文件primes.o

　　2、ar  -cvq  libprimes.a  primesc.o　　　　　　　　//ar是静态库压缩的命令；选项cvq是创建、详细和快速添加等；库名须以lib为前缀，静态库以.a为后缀名，库名必须是唯一的；

　　3、sudo  cp  libprimes.a  /usr/local/lib 　　　　　　//静态库的发布，就是将其拷贝至相应的目录；

四、动态库的五步骤制作：

　　以源代码primes.c为例，目标文件和库文件均以常规方式命名。

　　1、生成位置无关文件

　　gcc  primes.c  -c  -fpic 　　　　　　　　　　　　　//编译选项fpic，生成位置无关代码

　　2、gcc  -shared  -W1, -soname,   libshprimes.so  -o  libshprimes.so.1  primes.o //gcc是动态库制作的命令；

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//选项shared表明库是共享(动态)的，而非静态的；

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//选项soname指定了库的逻辑名称；客户程序一般通过库的逻辑名称访问库文件

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　   //选项o指定了库的物理文件名称；

　　3、sudo  cp  libshprimes.so.1  /usr/local/lib 　　　 //动态库的发布，就是将其拷贝至相应的目录；

　　4、sudo  ln --symbolic  libshprimes.so.1  libshprimes.so //链接库的物理名称和逻辑名称

　　5、sudo  ldconfig 　　　　　　　　　　　　　　 //使用ldconfig配置系统的动态加载器，此过程是为了确保系统的中的库加载器能够正确找到新发布的库

五、实战

　　1、primes.h

/** header file primes.h: function declarations **/
extern unsigned is_prime(unsigned);
extern void prime_factors(unsigned);
extern unsigned are_coprimes(unsigned, unsigned);
extern void goldbach(unsigned);

　　2、primes.c

#include <stdio.h>
#include <math.h>

extern unsigned is_prime(unsigned n) { 
  if (n <= 3) return n > 1;                   /* 2 and 3 are prime */
  if (0 == (n % 2) || 0 == (n % 3)) return 0; /* multiples of 2 or 3 aren't */

  /* check that n is not a multiple of other values < n */
  unsigned i;
  for (i = 5; (i * i) <= n; i += 6)
    if (0 == (n % i) || 0 == (n % (i + 2))) return 0; /* not prime */

  return 1; /* a prime other than 2 or 3 */
}

extern void prime_factors(unsigned n) {
  /* list 2s in n's prime factorization */
  while (0 == (n % 2)) {  
    printf("%i ", 2);
    n /= 2;
  }

  /* 2s are done, the divisor is now odd */
  unsigned i;
  for (i = 3; i <= sqrt(n); i += 2) {
    while (0 == (n % i)) {
      printf("%i ", i);
      n /= i;
    }
  }

  /* one more prime factor? */
  if (n > 2) printf("%i", n);
}

/* utility function: greatest common divisor */
static unsigned gcd(unsigned n1, unsigned n2) {
  while (n1 != 0) {
    unsigned n3 = n1;
    n1 = n2 % n1;
    n2 = n3;
  }
  return n2;
}

extern unsigned are_coprimes(unsigned n1, unsigned n2) {
  return 1 == gcd(n1, n2);
}

extern void goldbach(unsigned n) {
  /* input errors */
  if ((n <= 2) || ((n & 0x01) > 0)) {
    printf("Number must be > 2 and even: %i is not.
", n);
    return;
  }

  /* two simple cases: 4 and 6 */
  if ((4 == n) || (6 == n)) {
    printf("%i = %i + %i
", n, n / 2, n / 2);
    return;
  }
  
  /* for n >= 8: multiple possibilities for many */
  unsigned i;
  for (i = 3; i < (n / 2); i++) {
    if (is_prime(i) && is_prime(n - i)) {
      printf("%i = %i + %i
", n, i, n - i);
      /* if one pair is enough, replace this with a break */
    }
  }
}

　　3、测试文件，testPrimes.c

#include <stdio.h>
#include <primes.h>

int main() {
  /* is_prime */
  printf("
is_prime
");
  unsigned i, count = 0, n = 1000; 
  for (i = 1; i <= n; i++) {
    if (is_prime(i)) {
      count++;
      if (1 == (i % 100)) printf("Sample prime ending in 1: %i
", i);
    }
  }
  printf("%i primes in range of 1 to a thousand.
", count);

  /* prime_factors */
  printf("
prime_factors
");
  printf("prime factors of 12: ");
  prime_factors(12);
  printf("
");
  
  printf("prime factors of 13: ");
  prime_factors(13);
  printf("
");
  
  printf("prime factors of 876,512,779: ");
  prime_factors(876512779);
  printf("
");

  /* are_coprimes */
  printf("
are_coprime
");
  printf("Are %i and %i coprime? %s
",
     21, 22, are_coprimes(21, 22) ? "yes" : "no");
  printf("Are %i and %i coprime? %s
",
     21, 24, are_coprimes(21, 24) ? "yes" : "no");

  /* goldbach */
  printf("
goldbach
");
  goldbach(11);    /* error */
  goldbach(4);     /* small one */
  goldbach(6);     /* another */
  for (i = 100; i <= 150; i += 2) goldbach(i); 

  return 0;
}

或者：

from ctypes import cdll

cdll.LoadLibrary("libshprimes.so") ## logical name
primes.is_prime(13)
primes.is_prime(12)

primes.are_coprimes(8, 24)
primes.are_coprimes(8, 25)

primes.prime_factors.restype = None
primes.goldbach.restype = None

primes.prime_factors(72)
primes.goldbach(32)

后续修改

 http://www.linuxeden.com/a/85624

http://www.linuxeden.com/a/85505

http://www.linuxeden.com/a/84903

https://dp2px.com/2020/02/09/soft-hard-work/

https://www.bilibili.com/video/av88392907/

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