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：

int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}
 
int sub(int a, int b)
{
    return a - b;
}
 
int mul(int a, int b)
{
    return a * b;
}
 
int div(int a, int b)
{
    return a / b;
}

test.h文件内容：

#ifndef _TEST_H_
 
#define _TEST_H_
 
extern int add(int a, int b);
extern int sub(int a, int b);
extern int mul(int a, int b);
extern int div(int a, int b);
 
#endif

main.c文件内容：

#include <stdio.h>
#include "test.h"
 
int main ()
{
    int a, b;
    printf("please input a and b
");
    scanf("%d%d", &a, &b);
 
    printf("The add : %d
", add(a, b));
    printf("The sub : %d
", sub(a, b));
    printf("The mul : %d
", mul(a, b));
    printf("The div : %d
", div(a, b));
 
    return 0;
}

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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
main.c  test.c  test.h
[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -c test.c -o test.o
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ ar rcs -o libtest.a test.o 
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ ar t libtest.a 
test.o
[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）：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_static main.c -L. -ltest
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
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：

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

step 5: 运行app_static：

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

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

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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc main.c -llibtest.a -o app
/usr/bin/ld: cannot find -llibtest.a
collect2: error: ld returned 1 exit status
[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc main.c -ltest.a -o app
/usr/bin/ld: cannot find -ltest.a
collect2: error: ld returned 1 exit status
[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc main.c -ltest -o app
/usr/bin/ld: cannot find -ltest
collect2: error: ld returned 1 exit status
[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -L. main.c -o app
/tmp/ccEpq6Fp.o: In function `main':
main.c:(.text+0x37): undefined reference to `add'
main.c:(.text+0x57): undefined reference to `sub'
main.c:(.text+0x77): undefined reference to `mul'
collect2: error: ld returned 1 exit status
[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc main.c -static ./libtest.a -o app
/usr/bin/ld: cannot find -lc
collect2: error: ld returned 1 exit status
[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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -c -o test.o -fPIC test.c 
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
app_static  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o
[xgqin@xgqin-desktop so]$ file test.o 
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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -shared -o libmyshare.so test.o 
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
app_static  libmyshare.so  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o
[xgqin@xgqin-desktop so]$ file libmyshare.so 
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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -shared -fPIC -o libmyshare.so test.c 
[xgqin@xgqin-desktop so]$ file libmyshare.so 
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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_share main.c -L. -lmyshare
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ls
app_share  app_static  libmyshare.so  libtest.a  main.c  test.c  test.h  test.o
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ldd app_share 
    linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff3972c000)
    libmyshare.so => not found
    libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x0000003039600000)
    /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 2	`[xgqin@xgqin-desktop so]$ ./app_share` `./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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_share main.c -L. -lmyshare
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ldd app_share 
    linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff26b70000)
    libmyshare.so => not found
    libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x0000003039600000)
    /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003039200000)
[xgqin@xgqin-desktop so]$ export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH
[xgqin@xgqin-desktop so]$ echo $LD_LIBRARY_PATH
.:
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ldd app_share 
    linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff55dbe000)
    libmyshare.so => ./libmyshare.so (0x00007fb8c3b18000)
    libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x0000003039600000)
    /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003039200000)
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ./app_share
please input a and b
4 2
The add : 6
The sub : 2
The mul : 8
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：

[xgqin@xgqin-desktop so]$ gcc -o app_share main.c ./libmyshare.so 
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ldd app_share 
 linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff066c3000)
 ./libmyshare.so (0x00007f945b6b0000)
 libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x0000003039600000)
 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000003039200000)
[xgqin@xgqin-desktop so]$ ./app_share 
please input a and b
4 2
The add : 6
The sub : 2
The mul : 8
The div : 2
[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。