Linux之生成和使用静态库与动态库

本文介绍了Linux环境下如何生成和使用静态库和动态库。

动态库 vs 静态库

特性	动态库（.so）	静态库（.a）
链接方式	运行时动态加载	编译时直接嵌入可执行文件
文件大小	可执行文件较小	可执行文件较大
更新方式	替换 `.so` 文件即可生效	需重新编译程序
加载速度	稍慢（需运行时加载）	更快（代码已在二进制中）
适用场景	多进程共享、热更新	独立部署、无依赖

静态库

在 Linux/Unix 系统中，静态库（Static Library）是一种包含多个目标文件（.o 文件）的归档文件，通常以 .a 结尾（Archive）。静态库在编译时会被直接链接到可执行文件中，使得程序运行时不再依赖外部库文件。以下是生成静态库的详细步骤：

准备源文件

假设有两个源文件：

file1.c
file2.c

示例代码

// file1.c

#include <stdio.h>

void func1() {

    printf("This is func1()\n");

}

// file2.c

#include <stdio.h>

void func2() {

    printf("This is func2()\n");

}

编译生成目标文件（`.o` 文件）

使用 gcc 或 clang 编译源文件，生成位置无关的目标文件：

gcc -c file1.c -o file1.o

gcc -c file2.c -o file2.o

-c：只编译不链接，生成 .o 文件。
-o：指定输出文件名。

注意：静态库不需要 -fPIC（位置无关代码），因为代码会被直接嵌入可执行文件。

使用 `ar` 打包成静态库

静态库的命名规范为 lib<name>.a（例如 libmylib.a）。

使用 ar（归档工具）的 rcs 选项：

ar rcs libmylib.a file1.o file2.o

r：替换或添加文件到库中。
c：静默创建库（不显示警告）。
s：生成索引（加快链接速度）。

验证静态库

查看库中包含的 `.o` 文件

ar -t libmylib.a

输出：

file1.o

file2.o

查看导出的符号（函数/变量）

nm libmylib.a

输出示例：

file1.o:

0000000000000000 T func1

file2.o:

0000000000000000 T func2

T 表示该符号在库中定义。

使用静态库

编译并链接静态库

gcc main.c -L. -lmylib -o myprogram

-L.：指定库的搜索路径（. 表示当前目录）。
-lmylib：链接 libmylib.a（省略 lib 和 .a）。

运行程序

静态库已嵌入可执行文件，直接运行即可：

./myprogram

高级操作

添加新文件到静态库

ar rcs libmylib.a newfile.o

从静态库中删除文件

ar d libmylib.a file1.o

更新库中的文件

ar r libmylib.a file1.o  # 重新添加 file1.o

完整示例流程

# 1. 编译源文件

gcc -c file1.c -o file1.o

gcc -c file2.c -o file2.o

# 2. 打包静态库

ar rcs libmylib.a file1.o file2.o

# 3. 使用静态库

gcc main.c -L. -lmylib -o myprogram

# 4. 运行

./myprogram

常见问题

Q1：静态库和动态库能否混合使用？

可以，但需确保符号冲突已解决。例如：

gcc main.c -L. -lmylib -ldynamiclib -o myprogram

Q2：如何查看可执行文件依赖的库？

对静态库编译的程序：

ldd myprogram  # 静态库部分不会显示，动态库会列出

Q3：为什么静态库不需要 `-fPIC`？

因为静态库代码会被直接复制到可执行文件中，地址在链接时固定。

总结

编译 .o 文件：gcc -c file1.c -o file1.o
打包静态库：ar rcs lib<name>.a *.o
使用静态库：gcc main.c -L. -l<name> -o program

静态库适合需要 独立部署、避免外部依赖 的场景，而动态库更适合 节省空间和多进程共享。

动态库

在 Linux/Unix 系统中，动态库（Dynamic Library，也称为共享库，Shared Library）通常以 .so（Shared Object）结尾。动态库在程序运行时被加载，而不是在编译时静态链接到可执行文件中，这使得它们更节省磁盘和内存空间，并支持热更新。以下是生成和使用动态库的详细步骤。

准备源文件

假设有两个源文件：

file1.c
file2.c

示例代码

// file1.c

#include <stdio.h>

void func1() {

    printf("This is func1()\n");

}

// file2.c

#include <stdio.h>

void func2() {

    printf("This is func2()\n");

}

编译生成位置无关代码（PIC）

动态库需要编译为 位置无关代码（Position-Independent Code, PIC），以便在运行时加载到任意内存地址。使用 -fPIC 选项：

gcc -c -fPIC file1.c -o file1.o

gcc -c -fPIC file2.c -o file2.o

-fPIC：生成位置无关代码（必须加，否则链接时会报错）。

生成动态库（`.so` 文件）

使用 gcc 的 -shared 选项将 .o 文件打包成动态库：

gcc -shared file1.o file2.o -o libmylib.so

-shared：告诉 gcc 生成动态库。
-o libmylib.so：指定输出文件名（通常格式为 lib<name>.so）。

验证动态库

查看动态库的符号（导出的函数）

nm -D libmylib.so

输出示例：

0000000000001110 T func1

0000000000001125 T func2

T 表示该符号在库中定义。

检查动态库的依赖

ldd libmylib.so

输出示例：

linux-vdso.so.1 (0x00007ffd3a3f0000)

libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f8c3a3f0000)

/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f8c3a3f0000)

使用动态库

编译可执行文件并链接动态库

gcc main.c -L. -lmylib -o myprogram

-L.：告诉编译器在当前目录查找库文件。
-lmylib：链接 libmylib.so（-l 后接库名，省略 lib 和 .so）。

运行程序

由于动态库在运行时加载，需要确保系统能找到它：

方法 1：临时设置 `LD_LIBRARY_PATH`

export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH

./myprogram

LD_LIBRARY_PATH 指定动态库的搜索路径。

方法 2：永久配置（推荐）

将库文件复制到标准库路径（如 /usr/local/lib），然后更新动态库缓存：

sudo cp libmylib.so /usr/local/lib

sudo ldconfig

然后直接运行：

./myprogram

高级用法

指定动态库版本

gcc -shared file1.o file2.o -o libmylib.so.1.0

ln -s libmylib.so.1.0 libmylib.so  # 创建软链接

版本号格式通常为 libname.so.major.minor。

控制符号导出

在代码中使用 __attribute__((visibility("hidden"))) 隐藏符号：

// file1.c

void __attribute__((visibility("hidden"))) internal_func() {

    // 该函数不会导出，仅在库内部使用

}

动态库的加载卸载（`dlopen` / `dlclose`）

在程序运行时手动加载动态库：

#include <dlfcn.h>

int main() {

    void *handle = dlopen("./libmylib.so", RTLD_LAZY);

    if (!handle) {

        fprintf(stderr, "Error: %s\n", dlerror());

        return 1;

    }

    void (*func1)() = dlsym(handle, "func1");

    func1();

    dlclose(handle);

    return 0;

}

编译时需要链接 -ldl：

gcc main.c -ldl -o myprogram

总结

编译 PIC 代码：gcc -c -fPIC file1.c -o file1.o
生成动态库：gcc -shared *.o -o lib<name>.so
使用动态库：
- 编译时：gcc main.c -L. -l<name>
- 运行时：确保 LD_LIBRARY_PATH 包含库路径，或复制到 /usr/local/lib 并运行 ldconfig。

动态库适合需要 多进程共享、减少磁盘占用、支持热更新 的场景。