Linux 動態庫生成與使用指南

上一篇介紹了Linux 靜態庫生成指南，有興趣的朋友可以前往閱讀。

Linux下動態庫檔案的檔名形如 libxxx.so，其中so是 Shared Object 的縮寫，即可以共享的目標檔案。

在連結動態庫生成可執行檔案時，並不會把動態庫的程式碼複製到執行檔案中，而是在執行檔案中記錄對動態庫的引用。

程式執行時，再去載入動態庫檔案。如果動態庫已經載入，則不必重複載入，從而能節省記憶體空間。

Linux下生成和使用動態庫的步驟如下：

1. 編寫原始檔。
2. 將一個或幾個原始檔編譯連結，生成共享庫。
3. 通過 -L<path> -lxxx 的gcc選項鍊接生成的libxxx.so。
4. 把libxxx.so放入連結庫的標準路徑，或指定 LD_LIBRARY_PATH，才能執行連結了libxxx.so的程式。

下面通過例項詳細講解。

編寫原始檔

建立一個原始檔： max.c，程式碼如下：

int max(int n1, int n2, int n3)
{
    int max_num = n1;
    max_num = max_num < n2? n2: max_num;
    max_num = max_num < n3? n3: max_num;
    return max_num;
}

編譯生成共享庫：

gcc -fPIC -shared -o libmax.so max.c

我們會得到libmax.so。

實際上上述過程分為編譯和連結兩步， -fPIC是編譯選項，PIC是 Position Independent Code 的縮寫，表示要生成位置無關的程式碼，這是動態庫需要的特性； -shared是連結選項，告訴gcc生成動態庫而不是可執行檔案。

上述的一行命令等同於：

gcc -c -fPIC max.c
gcc -shared -o libmax.so max.o

為動態庫編寫介面檔案

為了讓使用者知道我們的動態庫中有哪些介面可用，我們需要編寫對應的標頭檔案。

建立 max.h ，輸入以下程式碼：

#ifndef __MAX_H__
#define __MAX_H__

int max(int n1, int n2, int n3);

#endif

測試，連結動態庫生成可執行檔案

建立一個使用max函式的test.c，程式碼如下：

#include <stdio.h>
#include "max.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int a = 10, b = -2, c = 100;
    printf("max among 10, -2 and 100 is %d.\n", max(a, b, c));
    return 0;
}

gcc test.c -L. -lmax 生成a.out，其中-lmax表示要連結libmax.so。
-L.表示搜尋要連結的庫檔案時包含當前路徑。

注意，如果同一目錄下同時存在同名的動態庫和靜態庫，比如 libmax.so 和 libmax.a 都在當前路徑下，
則gcc會優先連結動態庫。

執行

執行 ./a.out 會得到以下的錯誤提示。

./a.out: error while loading shared libraries: libmax.so: cannot open shared object file: No such file or directory

找不到libmax.so，原來Linux是通過 /etc/ld.so.cache 檔案搜尋要連結的動態庫的。
而 /etc/ld.so.cache 是 ldconfig 程式讀取 /etc/ld.so.conf 檔案生成的。
（注意， /etc/ld.so.conf 中並不必包含 /lib 和 /usr/lib，ldconfig程式會自動搜尋這兩個目錄）

如果我們把 libmax.so 所在的路徑新增到 /etc/ld.so.conf 中，再以root許可權執行 ldconfig 程式，更新 /etc/ld.so.cache ，a.out執行時，就可以找到libmax.so。

但作為一個簡單的測試例子，讓我們改動系統的東西，似乎不太合適。
還有另一種簡單的方法，就是為a.out指定 LD_LIBRARY_PATH。

LD_LIBRARY_PATH=. ./a.out

程式就能正常執行了。LD_LIBRARY_PATH=. 是告訴 a.out，先在當前路徑尋找連結的動態庫。

對於elf格式的可執行程式，是由ld-linux.so*來完成的，它先後搜尋elf檔案的 DT_RPATH 段, 環境變數 LD_LIBRARY_PATH, /etc/ld.so.cache檔案列表, /lib/,/usr/lib目錄, 找到庫檔案後將其載入記憶體. (http://blog.chinaunix.net/uid-23592843-id-223539.html)

makefile讓工作自動化

編寫makefile，內容如下：

.PHONY: build test clean

build: libmax.so

libmax.so: max.o
	gcc -o $@  -shared $<

max.o: max.c
	gcc -c -fPIC $<

test: a.out

a.out: test.c libmax.so
	gcc test.c -L. -lmax
	LD_LIBRARY_PATH=. ./a.out

clean:
	rm -f *.o *.so a.out

make build就會生成libmax.so， make test就會生成a.out並執行，make clean會清理編譯和測試結果。