如何在 Linux 上动态链接模块库-工具盒子

学习如何用动态链接库将多个 C 目标文件结合到一个单个的可执行文件之中。

当使用 C 编程语言编写一个应用程序时，你的代码通常有多个源文件代码。

最终，这些文件必须被编译到一个单个的可执行文件之中。你可以通过创建静态或动态库（后者也被称为共享shared 库）来实现这一点。这两种类型的库在创建和链接的方式上有所不同。两者都有缺点和优点，这取决于你的使用情况。

动态链接是最常见的方法，尤其是在 Linux 系统上。动态链接会保持库模块化，因此，很多应用程序可以共享一个库。应用程序的模块化也允许单独更新其依赖的共享库。

在这篇文章中，我将演示动态链接是如何工作的。在后期的文章中，我将演示静态链接。

链接器 {#%E9%93%BE%E6%8E%A5%E5%99%A8}

链接器linker是一个命令，它将一个程序的数个部分结合在一起，并为它们重新组织内存分配。

链接器的功能包括：

整合一个程序的所有的部分
计算出一个新的内存组织结构，以便所有的部分组合在一起
恢复内存地址，以便程序可以在新的内存组织结构下运行
解析符号引用

链接器通过这些功能，创建了一个名为可执行文件executable的可以运行的程序。在你创建一个动态链接的可执行文件前，你需要一些用来链接的库，和一个用来编译的应用程序。准备好你最喜欢的文本编辑器并继续。

创建目标文件 {#%E5%88%9B%E5%BB%BA%E7%9B%AE%E6%A0%87%E6%96%87%E4%BB%B6}

首先，创建带有这些函数签名的头文件 mymath.h ：

int add(int a, int b);
int sub(int a, int b);
int mult(int a, int b);
int divi(int a, int b);

使用这些函数定义来创建 add.c 、sub.c 、mult.c 和 divi.c 文件。我将把所有的代码都放置到一个代码块中，请将其分为四个文件，如注释所示：

// add.c
int add(int a, int b){
return (a+b);
}
//sub.c
int sub(int a, int b){
return (a-b);
}
//mult.c
int mult(int a, int b){
return (a*b);
}
//divi.c int divi(int a, int b){ return (a/b); }

现在，使用 GCC 来创建目标文件 add.o、sub.o、mult.o 和 divi.o ：

（LCTT 校注：关于"目标文件object file"，有时候也被称作"对象文件"，对此，存在一些译法混乱情形，称之为"目标文件"的译法比较流行，本文采用此译法。）

$ gcc -c add.c sub.c mult.c divi.c

-c 选项跳过链接步骤，并且只创建目标文件。

创建一个共享的目标文件 {#%E5%88%9B%E5%BB%BA%E4%B8%80%E4%B8%AA%E5%85%B1%E4%BA%AB%E7%9A%84%E7%9B%AE%E6%A0%87%E6%96%87%E4%BB%B6}

在最终的可执行文件的执行过程中将链接动态库。在最终的可执行文件中仅放置动态库的名称。实际上的链接过程发生在运行时，在此期间，可执行文件和库都被放置到了主内存中。

除了可共享外，动态库的另外一个优点是它减少了最终的可执行文件的大小。在一个应用程序最终的可执行文件生成时，其使用的库只包括该库的名称，而不是该库的一个多余的副本。

你可以从你现有的示例代码中创建动态库：

$ gcc -Wall -fPIC -c add.c sub.c mult.c divi.c

选项 -fPIC 告诉 GCC 来生成位置无关的代码position-independent code（PIC）。-Wall 选项不是必需的，并且与代码的编译方式是无关的。不过，它却是一个有价值的选项，因为它会启用编译器警告，这在排除故障时是很有帮助的。

使用 GCC ，创建共享库 libmymath.so ：

$ gcc -shared -o libmymath.so add.o sub.o mult.o divi.o

现在，你已经创建了一个简单的示例数学库 libmymath.so ，你可以在 C 代码中使用它。当然，也有非常复杂的 C 库，这就是他们这些开发者来生成最终产品的工艺流程，你和我可以安装这些库并在 C 代码中使用。

接下来，你可以在一些自定义代码中使用你的新数学库，然后链接它。

创建一个动态链接的可执行文件 {#%E5%88%9B%E5%BB%BA%E4%B8%80%E4%B8%AA%E5%8A%A8%E6%80%81%E9%93%BE%E6%8E%A5%E7%9A%84%E5%8F%AF%E6%89%A7%E8%A1%8C%E6%96%87%E4%BB%B6}

假设你已经为数学运算编写了一个命令。创建一个名称为 mathDemo.c 的文件，并将这些代码复制粘贴至其中：

#include <mymath.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int x, y;
printf("Enter two numbers\n");
scanf("%d%d",&amp;x,&amp;y);
printf("\n%d + %d = %d", x, y, add(x, y));
printf("\n%d - %d = %d", x, y, sub(x, y));
printf("\n%d * %d = %d", x, y, mult(x, y));
if(y==0){ printf(&quot;\nDenominator is zero so can't perform division\n&quot;); exit(0); }else{ printf(&quot;\n%d / %d = %d\n&quot;, x, y, divi(x, y)); return 0; } }

注意：第一行是一个 include 语句，通过名称来引用你自己的 libmymath 库。要使用一个共享库，你必须已经安装了它，如果你没有安装你将要使用的库，那么当你的可执行文件在运行并搜索其包含的库时，将找不到该共享库。如果你需要在不安装库到已知目录的情况下编译代码，这里有一些方法可以覆盖默认设置。不过，对于一般使用来说，我们希望库存在于已知的位置，因此，这就是我在这里演示的东西。

复制文件 libmymath.so 到一个标准的系统目录，例如：/usr/lib64，然后运行 ldconfig 。ldconfig 命令创建所需的链接，并缓存到标准库目录中发现的最新共享库。

$ sudo cp libmymath.so /usr/lib64/
$ sudo ldconfig

编译应用程序 {#%E7%BC%96%E8%AF%91%E5%BA%94%E7%94%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F}

从你的应用程序源文件代码（mathDemo.c）中创建一个名称为 mathDemo.o 的目标文件：

$ gcc -I . -c mathDemo.c

-I 选项告诉 GCC 来在其后所列出的目录中搜索头文件（在这个示例中是 mymath.h）。在这个示例中，你指定的是当前目录，通过一个单点（.）来表示。创建一个可执行文件，使用 -l 选项来通过名称来引用你的共享数学库：

$ gcc -o mathDynamic mathDemo.o -lmymath

GCC 会找到 libmymath.so ，因为它存在于一个默认的系统库目录中。使用 ldd 来查证所使用的共享库：

$ ldd mathDemo
    linux-vdso.so.1 (0x00007fffe6a30000)
    libmymath.so => /usr/lib64/libmymath.so (0x00007fe4d4d33000)
    libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fe4d4b29000)
    /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fe4d4d4e000)

看看 mathDemo 可执行文件的大小：

$ du ./mathDynamic
24   ./mathDynamic

当然，它是一个小的应用程序，它所占用的磁盘空间量也反映了这一点。相比之下，相同代码的一个静态链接版本（正如你将在我后期的文章所看到的一样）是 932K !

$ ./mathDynamic
Enter two numbers
25
5
`25 + 5 = 30
25 - 5 = 20
25 * 5 = 125
25 / 5 = 5
`

你可以使用 file 命令来查证它是动态链接的：

$ file ./mathDynamic
./mathDynamic: ELF 64-bit LSB executable, x86-64,
dynamically linked,
interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2,
with debug_info, not stripped

成功！