gcc 自製 Library

轉自 PTT LinuxDev

作者: cole945 (躂躂..) 看板: LinuxDev
標題: [心得] 用gcc 自製Library
時間: Sun Nov 5 04:15:45 2006

Library可分成三種，static、shared與dynamically loaded。

1. Static libraries

Static 程式庫用於靜態連結，簡單講是把一堆object檔用ar(archiver)
包裝集合起來，檔名以`.a’ 結尾。優點是執行效能通常會比後兩者快，
而且因為是靜態連結，所以不易發生執行時找不到library或版本錯置而
無法執行的問題。缺點則是檔案較大，維護度較低；例如library如果發
現bug需要更新，那麼就必須重新連結執行檔。

1.1 編譯

編譯方式很簡單，先例用`-c’ 編出object 檔，再用ar 包起來即可。

____ hello.c ____
#include <stdio.h>
void hello(){ printf(“Hello “); }

____ world.c ____
#include <stdio.h>
void world(){ printf(“world.”); }

____ mylib.h ____
void hello();
void world();

$ gcc -c hello.c world.c /* 編出hello.o 與world.o */
$ ar rcs libmylib.a hello.o world.o /* 包成limylib.a */

這樣就可以建出一個檔名為libmylib.a 的檔。輸出的檔名其實沒有硬性規定，
但如果想要配合gcc 的’-l’ 參數來連結，一定要以`lib’ 開頭，中間是你要
的library名稱，然後緊接著`.a’ 結尾。

1.2 使用

____ main.c ____
#include “mylib.h”
int main() {
hello();
world();
}

使用上就像與一般的object 檔連結沒有差別。

$ gcc main.c libmylib.a

也可以配合gcc 的`-l’ 參數使用

$ gcc main.c -L. -lmylib

`[1;33m-L[1;32mdir[m' 參數用來指定要搜尋程式庫的目錄，`.' 表示搜尋現在所在的目錄。
通常預設會搜/usr/lib 或/lib 等目錄。
`[1;33m-l[1;32mlibrary[m' 參數用來指定要連結的程式庫，'mylib' 表示要與mylib進行連結
，他會搜尋library名稱前加`lib'後接`.a'的檔案來連結。

$ ./a.out
Hello world.
2. Shared libraries

Shared library 會在程式執行起始時才被自動載入。因為程式庫與執行檔
是分離的，所以維護彈性較好。有兩點要注意，shared library是在程式起始
時就要被載入，而不是執行中用到才載入，而且在連結階段需要有該程式庫
才能進行連結。

首先有一些名詞要弄懂，soname、real name與linker name。

soname 用來表示是一個特定library 的名稱，像是libmylib.so.1 。
前面以`lib' 開頭，接著是該library 的名稱，然後是`.so' ，接著
是版號，用來表名他的介面；如果介面改變時，就會增加版號來維護相容度。

real name 是實際放有library程式的檔案名稱，後面會再加上minor 版號與
release 版號，像是libmylib.so.1.0.0 。

一般來說，版號的改變規則是(印象中在APress-Difinitive Guide to GCC中有
提到，但目前手邊沒這本書)，最尾碼的release版號用於程式內容的修正，
介面完全沒有改變。中間的minor用於有新增加介面，但相舊介面沒改變，所以
與舊版本相容。最前面的version版號用於原介面有移除或改變，與舊版不相容
時。

linker name是用於連結時的名稱，是不含版號的soname ，如: libmylib.so。
通常linker name與real name是用ln 指到對應的real name ，用來提供
彈性與維護性。

2.1 編譯
shared library的製作過程較複雜。

$ gcc -c -fPIC hello.c world.c

編譯時要加上-fPIC 用來產生position-independent code。也可以用-fpic
參數。(不太清楚差異，只知道-fPIC 較通用於不同平台，但產生的code較大
，而且編譯速度較慢)。

$ gcc -shared -Wl,-soname,libmylib.so.1 -o libmylib.so.1.0.0 \
hello.o world.o

-shared 表示要編譯成shared library
-Wl 用於參遞參數給linker，因此-soname與libmylib.so.1會被傳給linker處理。
-soname用來指名soname 為limylib.so.1
library會被輸出成libmylib.so.1.0.0 (也就是real name)

若不指定soname 的話，在編譯結連後的執行檔會以連時的library檔名為
soname，並載入他。否則是載入soname指定的library檔案。

可以利用objdump 來看library 的soname。

$ objdump -p libmylib.so | grep SONAME
SONAME libmylib.so.1

若不指名-soname參數的話，則library不會有這個欄位資料。

在編譯後再用ln 來建立soname 與linker name 兩個檔案。
$ ln -s libmylib.so.1.0.0 libmylib.so
$ ln -s libmylib.so.1.0.0 libmylib.so.1
2.2 使用

與使用static library 同。

$ gcc main.c libmylib.so

以上直接指定與libmylib.so 連結。

或用

$ gcc main.c -L. -lmylib

linker會搜尋libmylib.so 來進行連結。

如果目錄下同時有static與shared library的話，會以shared為主。
使用-static 參數可以避免使用shared連結。

$ gcc main.c -static -L. -lmylib

此時可以用ldd 看編譯出的執行檔與shared程式庫的相依性
$ldd a.out
linux-gate.so.1 => (0xffffe000)
[1;33mlibmylib.so.1 => not found[m
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0xb7dd6000)
/lib/ld-linux.so.2 (0xb7f07000)
輸出結果顯示出該執行檔需要libmylib.so.1 這個shared library。
會顯示not found 因為沒指定該library所在的目錄，所找不到該library。

因為編譯時有指定-soname參數為libmylib.so.1 的關係，所以該執行檔會
載入libmylib.so.1。否則以libmylib.so連結，執行檔則會變成要求載入
libmylib.so

$ ./a.out
./a.out: error while loading shared libraries: [1;33mlibmylib.so.1[m:
cannot open shared object file: No such file or directory

因為找不到libmylib.so.1 所以無法執行程式。
有幾個方式可以處理。

a. 把libmylib.so.1 安裝到系統的library目錄，如/usr/lib下
b. 設定/etc/ld.so.conf ，加入一個新的library搜尋目錄，並執行ldconfig
更新快取
c. 設定LD_LIBRARY_PATH 環境變數來搜尋library
這個例子是加入目前的目錄來搜尋要載作的library
$ LD_LIBRARY_PATH=. ./a.out
Hello world.
3. Dynamically loaded libraries

Dynamicaaly loaded libraries 才是像windows 所用的DLL ，在使用到
時才載入，編譯連結時不需要相關的library。動態載入庫常被用於像plug-ins
的應用。

3.1 使用方式
動態載入是透過一套dl function來處理。
#include <dlfcn.h>
void *dlopen(const char *filename, int flag);
開啟載入filename 指定的library。
void *dlsym(void *handle, const char *symbol);
取得symbol 指定的symbol name在library被載入的記憶體位址。
int dlclose(void *handle);
關閉dlopen開啟的handle。
char *dlerror(void);
傳回最近所發生的錯誤訊息。

____ dltest.c ____
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>
int main() {
void *handle;
void (*f)();
char *error;

/* 開啟之前所撰寫的libmylib.so 程式庫*/
handle = dlopen("./libmylib.so", RTLD_LAZY);
if( !handle ) {
fputs( dlerror(), stderr);
exit(1);
}

/* 取得hello function 的address */
f = dlsym(handle, "hello");
if(( error=dlerror())!=NULL) {
fputs(error, stderr);
exit(1);
}
/* 呼叫該function */
f();
dlclose(handle);
}

編譯時要加上-ldl 參數來與dl library 連結
$ gcc dltest.c -ldl
結果會印出Hello 字串
$ ./a.out
Hello

關於dl的詳細內容請參閱man dlopen