【Linux】深入解析动静态库：原理、制作、使用与动态链接机制
媒介：在软件开发中，动静态库是两种重要的代码复用和模块化本事。静态库（.a）在步伐编译时将库代码整合到可实行文件中，而动态库（.so）则在步伐运行时才链接库代码，使得多个步伐可以共享同一份库代码。这种机制不但进步了开发效率，还节省了磁盘和内存空间。本文将深入探讨动静态库的概念、制作和使用，以及动态库的查找和加载机制，资助读者更好地理解和应用动静态库。
1. 什么是动静态库
[*]静态库（.a）：步伐在编译链接的时候把库的代码链接到可实行文件中。步伐运行的时候将不再必要静态库
[*]动态库（.so）：步伐在运行的时候才去链接动态库的代码，多个步伐共享使用库的代码。
[*]一个与动态库链接的可实行文件仅仅包含它用到的函数入口地址的一个表，而不是外部函数所在目标文件的整个呆板码
[*]在可实行文件开始运行从前，外部函数的呆板码由操作系统从磁盘上的该动态库中复制到内存中，这个过程称为动态链接（dynamic linking）
[*]动态库可以在多个步伐间共享，以是动态链接使得可实行文件更小，节省了磁盘空间。操作系统采用假造内存机制答应物理内存中的一份动态库被要用到该库的全部历程共用，节省了内存和磁盘空间。
a. 用过库吗？ 用过，语言给我们提供了大量的库来进行链接。
b. 动态库 & 静态库: 系统默认安装动态库，云服务器，静态库(C标准库)默认是没有安装的。
c. 默认编译步伐，用的是动态链接的，假如要静态加上 -static
d. libXXX.so、libYYY.a , 库真实的名字：XXX、YYY
2. 动静态库的制作和使用
站在库制作者的角度：我只给你提供 .o , 在不提供源文件的环境下也能形成可实行步伐。
为什么要有库:
[*]进步开发效率
[*]隐藏源代码
全部的 .o 文件用特定的方式，进行打包，形成一个文件
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/ae4f98a943f043e1b9c4de3288bad467.png
// main.c
#include "mymath.h"
#include "mystdio.h"
#include <stdio.h>
int main()
{
int res = myAdd(10, 20);
printf("%d + %d = %d\n", 10, 20, res);
myFILE* fp = my_fopen("log.txt", "w");
if (fp == NULL) return 1;
return 0;
}
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/99a6d5d937444fc3bd1fe988dbe85d7b.png
打包：
ar -rc libmyc.amymath.o mystdio.o
gcc main.c -lmyc -L .
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/239491065ded4c5db163478d499cbf27.png
-L . ：假如不像让 gcc 在当前目录下找了，可以将头文件添加到系统默认的头文件和库目录下。
gcc -c src.c -> src.o
gcc -c -fPIC src.c
动态库打包，我们不必要其它工具
makefile 文件：
libmyc.so: mymath.o mystdio.o
gcc -shared -o $@ $^
%.o:%.c
gcc -c -fPIC $<
.PHONY:clean
clean:
rm -rf *.o libmyc.so
编写库的人：将来要给别人（用库的人), 交付的是： 头文件+库文件
打包为压缩包：
libmyc.a:mymath.o mystdio.o
ar -rc $@ $^
rm *.o
%.o:%.c
gcc -c $<
libmyc.so:mymath.o mystdio.o
gcc -shared -o $@ $^
%.o:%.c
gcc -c -fPIC $<
#mymath.o:mymath.c
# gcc -c -fPIC $<
#mystdio.o:mystdio.c
# gcc -c -fPIC $<
.PHONY:clean
clean:
rm -rf *.o libmyc.so *.a mylib mylib.tgz
.PHONY:output
output:
mkdir -p mylib/include
mkdir -p mylib/lib
cp -rf *.h mylib/include
cp -rf *.so mylib/lib
cp -rf *.a mylib/lib
tar czf mylib.tgz mylib
以目录的形式组织起来：（告诉编译器头文件和库所在的文件位置）
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/e7accbaca9ab473ab99a80888ef3901e.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/861e65215455434ba87e4058c44826dd.png
3. 动态库的查找题目
[*]库没有在当前路径下
[*]库没有安装到系统中
[*]就是在我设定的目录内部
我们告诉的仅仅是编译器文件所在路径，可实行步伐并不知道
所谓的把库（其它软件）安装到系统中，本质就是把对应的文件，拷贝到指定的路径中。
对动态库：
编译时的搜索路径 —— gcc
运行时的库搜索路径 —— OS
将库安装在系统中（/lib64），既可以支持编译，又可以支持运行。
解决找不到动态库的4种方案：
[*]直接将库进行安装（拷贝）到系统中（质朴无华）(官方的库保举)
[*]将不在系统路径下的库路径，添加到 LD_LIBRARY_PATH 中
[*]通过软链接的方式 （本身写的库保举）
sudo ln -s /home/qhd/...(绝对路径) /lib64/libmyc.so
[*]系统的配置文件路径方案
编译器选择库的环境:
[*]假如我们同时提供动态库和静态库，gcc默认使用的时动态库。
[*]假如我们非要静态链接，我们必须使用 static 选项。
[*]假如我们只提供的静态库，那我们的可实行步伐也是没有办法，只能对该库进行静态链接，但步伐一定整体是静态链接的。
[*]假如我们只提供静态库，默认只能动态链接，非得静态链接，会发生链接报错。
4. 理解动态库的加载
4.1. 站在系统的角度理解
库默认就是一个磁盘 级别的文件
库函数调用，依旧在历程的地址空间种进行的。
动态库加载之后，会被映射到历程的共享区中。
本质：全部系统历程中公共的代码和数据，只必要存在一份！
题目：
[*]谁来决定，哪些库加载了，哪些没有加载？ OS会自动完成
[*]系统中可以同时存在非常多的已经加载到内存的库呢？ 是！ 操作系统要不要管理呢？ 要！（先形貌（用结构体形貌），再组织(用链表管理起来)）
struct loadlib
{
char *libname;
void *addr;
uint64_t time;
struct loadlib *next;
//...
}
4.2. 编址、可实行步伐
可实行步伐本身是有本身的格式信息的。
假如我们的可实行步伐，没有加载到内存中，我们的步伐中有没有地址呢？本来就有地址。
其实我们可实行步伐，在没有加载之前，也已经根本被按照类别（比如权限，访问属性等）已经可实行步伐分别为各个区域了。
我们历程地址空间内里的许多地址数据，是从可实行步伐中来的 。
绝对编址的方式 —— 平坦模式
相对地址（逻辑地址） —— 段地址 + 偏移量
操作系统和编译器也有关系? 假造地址空间本身不但是 OS 要服从，编译器编译的时候也要服从。
4.3. 动态库动态链接和加载题目
[*]一样平常步伐的加载
地址空间既然是一个数据结构对象，谁来用什么数据初始化呢?
代码是 “数据” 吗？ 是
所谓的地址空间，本质是由操作系统 + 编译器 + 盘算机体系结构(CPU) 三者共同配合完成的。
[*]动态库
库的数据和方法访问，都是可以通过库在地址空间（起始地址 + 我们步伐内部的偏移量）
总结：
本文具体先容了动静态库的概念、制作、使用以及动态库的查找和加载题目。通过对比静态库和动态库的特点，我们了解到静态库在编译时链接，而动态库则在运行时链接，这使得动态库在节省空间和进步代码复用方面具有上风。文章还先容了如何制作和使用动静态库，包括编译器选项和Makefile的编写，以及如何处置惩罚动态库的查找题目，比方通过修改环境变量、创建软链接或配置系统路径等方法。最后，文章深入探讨了动态库的加载机制，包括系统如何管理已加载的库和动态链接的细节，显现了操作系统、编译器和盘算机体系结构在地址空间管理中的协同工作。通过本文的阅读，读者应该能够更加深入地理解动静态库的工作原理，以及如何在实际开发中有用地应用它们。
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