1、連結庫的基本知識

    庫是一種軟體元件技術，庫裡面封裝了資料和函式。它的使用，可以是程式模組化。在程式中使用，我們可以稱之為程式函式庫。
    程式函式庫可分為3種類型：靜態函式庫(static libraries)、共享函式庫(shared libraries)、動態函式庫(dynamically loaded libraries)：
    1、靜態函式庫，是在程式執行前就加入到目標程式中去了；
    2、共享函式庫，則是在程式啟動的時候載入到程式中，它可以被不同的程式共享
    3、動態函式庫，並非另外一種庫函式格式，它只是使用動態載入方式載入共享函式庫。

    Windows系統包括靜態連結庫（.lib檔案）和動態連結庫（.dll檔案）。
    Linux通常把庫檔案存放在/usr/lib或/lib目錄下
    Linux庫檔名由：字首lib、庫名和字尾3部分組成，其中共享連結庫以.so.X最為字尾, .X是版本號，靜態連結庫通常以.a作為字尾。
    Linux下標準庫連結的三種方式（全靜態 , 半靜態 (libgcc,libstdc++), 全動態。 三種標準庫連結方式的選項及區別見下表。
 

三種標準庫連結方式的選項及區別：

上述三種標準庫連結方式中，比較特殊的是 半靜態連結方式，主要在於其還需要在連結前增加額外的一個步驟：
ln -s ‘g++ -print-file-name=libstdc++.a’，作用是將 libstdc++.a（libstdc++ 的靜態庫）符號連結到本地工程連結目錄
-print-file-name在gcc中的解釋如下： Display the full path to library

ldd 簡介：該命令用於打印出某個應用程式或者動態庫所依賴的動態庫 ,使用該命令我們可以觀察到Linux標準庫三種連結方式的區別。
從實際應用當中發現，最理想的標準庫連結方式就是半靜態連結，通常會選擇將 libgcc 與 libstdc++ 這兩個標準庫靜態連結，從而避免應用程式在不同 Linux 版本間標準庫依賴不相容的問題發生。

size 簡介：該命令用於顯示出可執行檔案的大小

示例連結選項中所涉及命令（引用 GCC 原文）：

• -llibrary
• -l library：指定所需要的額外庫
• -Ldir：指定庫搜尋路徑
• -static：靜態連結所有庫
• -static-libgcc：靜態連結 gcc 庫
• -static-libstdc++：靜態連結 c++ 庫

2、靜態連結庫的建立和使用

   涉及命令：ar, ar是建立、修改、提取靜態庫的操作。
   ar -t 顯示靜態庫的內容
   ar -d 從庫中刪除成員檔案
   ar -r 在庫中加入成員檔案，若存在，則替換
   ar -c 建立一個庫
   ar -s 無論ar命令是否修改了庫內容，都強制重新生成庫符號表
   步驟如下：
   1、在一個頭檔案種宣告靜態庫所匯出的函式。
   2、在一個原始檔種實現靜態庫所匯出的函式。
   3、編譯原始檔，生成可執行程式碼。
   4、將可執行程式碼所在的目標檔案加入到某個靜態庫中，並將靜態庫拷貝到系統預設的存放庫檔案的目錄下。

下面通過一個例子來說明：mylib.h種存放的是靜態庫提供給使用者使用的函式的宣告，mylib.c實現了mylib.h種宣告的函式。
mylib.h

#ifndef _MYLIB_H_
#define _MYLIB_H_
void weclome(void);
void outString(const char *str);
#endif

mylib.cpp

#include "mylib.h"
void welcome(void){
    printf("welcome to libmylib\n");
}
void outString(const char *str){
    if(str != NULL)
        printf("%s\n", str);
}

test.cpp

#include "mylib.h"
#include 
int main(void){
    printf("create and use library:\n");
    welcome();
    outString("it's successful\n");
    return 0;
}

1. 編譯mylib.c生成目標檔案：gcc -o mylib.o -c mylib.cpp
2. 將目標檔案加入到靜態庫中：ar rcs libmylib.a mylib.o
3. 將靜態庫copy到Linux的庫目錄（/usr/lib或者/lib）下：cp libmylib.a /usr/lib/libmylib.a
4. 使用靜態庫編譯,編譯時無需帶上字首和字尾：gcc -o test test.cpp -lmylib
5. 執行可執行程式test: ./test

合併靜態連結庫的指令碼程式碼清單：

 echo CREATE demo.a > ar.mac 
 echo SAVE >> ar.mac 
 echo END >> ar.mac 
 ar -M < ar.mac 
 ar -q demo.a CdtLog.o 
 echo OPEN demo.a > ar.mac 
 echo ADDLIB xml.a >> ar.mac 
 echo SAVE >> ar.mac 
 echo END >> ar.mac 
 ar -M < ar.mac 
 rm ar.mac 

Linux makefile 中使用 ar 指令碼方式進行靜態庫的建立，可以編寫如下程式碼：

 define BUILD_LIBRARY 
 $(if $(wildcard [email protected]),@$(RM) [email protected]) 
 $(if $(wildcard ar.mac),@$(RM) ar.mac) 
 $(if $(filter %.a, $^), 
 @echo CREATE [email protected] > ar.mac 
 @echo SAVE >> ar.mac 
 @echo END >> ar.mac 
 @$(AR) -M < ar.mac 
 ) 
 $(if $(filter %.o,$^),@$(AR) -q [email protected] $(filter %.o, $^)) 
 $(if $(filter %.a, $^), 
 @echo OPEN [email protected] > ar.mac 
 $(foreach LIB, $(filter %.a, $^), 
 @echo ADDLIB $(LIB) >> ar.mac 
 ) 
 @echo SAVE >> ar.mac 
 @echo END >> ar.mac 
 @$(AR) -M < ar.mac 
 @$(RM) ar.mac 
 ) 
 endef 

 $(TargetDir)/$(TargetFileName):$(OBJS) 
    $(BUILD_LIBRARY) 

Linux 靜態庫連結順序問題及解決方法：
為了解決這種庫連結順序問題，我們需要增加一些連結選項 :
(CXX)(LINKFLAGS) (OBJS)−Xlinker"−("(LIBS) -Xlinker “-)” -o [email protected]
通過將所有需要被連結的靜態庫放入 -Xlinker “-(” 與 -Xlinker “-)” 之間，可以是 g++ 連結過程中， 自動迴圈連結所有靜態庫，從而解決了原本的連結順序問題。

3、共享函式庫的建立和使用

   GNU標準建議所有的函式庫檔案都放在/usr/local/lib目錄下，而且建議命令可執行程式都放在/usr/local/bin目錄下。
   檔案系統層次化標準FHS（Filesystem Hierarchy Standard）規定了在一個發行包中大部分的函式庫檔案應該安裝到/usr/lib目錄下，但是如果某些
庫是在系統啟動的時候要載入的，則放到/lib目錄下，而那些不是系統本身一部分的庫則放到/usr/local/lib下面。
   上面兩個路徑的不同並沒有本質的衝突。GNU提出的標準主要對於開發者開發原始碼的，而FHS的建議則是針對發行版本的路徑的。具體的置資訊可以看
/etc/ld.so.conf裡面的配置資訊，通過對它的修改，可以增加自己的目錄。
   如果你想覆蓋某個庫中的一些函式，用自己的函式替換它們，同時保留該庫中其他的函式的話，你可以在 /etc/ld.so.preload中加入你想要替換的庫
(.o結尾的檔案)，這些preloading的庫函式將有優先載入的權ldconfig可以更新/etc/ld.so.cache。/etc/ld.so.cache可以大大提高訪問函式庫的速度。
   HP－UX系統下，就是用SHLIB_PATH這個變數，而在AIX下則使用LIBPATH這個變數。

共享函式庫建立的一個標準命令格式：
gcc -shared -Wl,-soname,your_soname -o library_name file_list library_list

例子：

• 1、建立Object檔案：
  gcc -fPIC -g -c -Wall a.c
  gcc -fPIC -g -c -Wall b.c
• 2、建立共享函式庫
  gcc -shared -Wl,-soname,liblusterstuff.so.1 -o liblusterstuff.so.1.0.1 a.o b.o -lc

如果是C++專案，最簡單是使用Cmake來完成共享庫的建立，步驟如下：

• 如果建立的是JNI連結庫，則需要將 jdk/include/jni.h 和 jdk/include/linux/jni_md.h 複製到 /usr/include 目錄下。反正執行make命令的時候將會報錯

• 1、確保gcc-c++編譯環境， 安裝命令：：
  yum install gcc-c++

• 2、安裝Cmake
  wget https://cmake.org/files/v3.5/cmake-3.5.1.tar.gz
  tar -xvf cmake-3.5.1.tar.gz
  cd cmake-3.5.1
  ./bootstrap
  make
  make install

• 3、如果您使用的windows系統，則將您的專案上傳到Linux，進入Linux下該專案的資料夾，建立CMakeLists.txt，內容格式如下:

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.6)  
# cpp 檔案  
SET(test_SRCS  
    source/test1.cpp  
    source/test2.cpp  
    ......
)  

# 標頭檔案
SET(test_HDRS  
    include/test1.h  
    include/test2.h  
    ..... 
)  

INCLUDE_DIRECTORIES(include)  

# test: 是生產的庫的名字, 這裡可以加上SHARED或者STATIC或者MODULE，分別表示動態庫、靜態庫、模組。不加則預設是靜態庫
ADD_LIBRARY(test SHARED/STATIC/MODULE ${test_SRCS} ${test_HDRS}) 

# 生成可執行檔案
# ADD_EXECUTABLE(test ${test_SRCS} ${test_HDRS})

• 4、建立動態連結庫：
  ccmake directory #用於配置編譯選項，如VTK_DIR目錄，一般這一步不需要配置
  cmake directory #用於根據CMakeLists.txt生成Makefile檔案
  make #用於執行Makefile檔案，編譯程式，生成可執行檔案

共享函式庫的使用

   一旦你定義了一個共享函式庫，你還需要安裝它。其實簡單的方法就是拷貝你的庫檔案到指定的標準的目錄（例如/usr/lib），然後執行ldconfig。
如果你沒有許可權去做這件事情， 那麼最簡單的方法就是執行ldconfig：
    ldconfig -n directory_with_shared_libraries 
    然後設定LD_LIBRARY_PATH這個環境變數,它是一個以逗號分隔的路徑的集合:
    LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH,my_program
    如果一個新版的函式庫要和老版本的二進位制的庫不相容，則soname需要改變。對於C語言，有四種情況會出現不相容問題：
   · 一個函式的行文改變了，這樣它就可能與最開始的定義不相符合。
   · 輸出的資料項改變了。
   · 某些輸出的函式刪除了。
   · 某些輸出函式的介面改變了。**

4、共享函式庫的動態載入

   共享函式庫可以在程式執行過程中的任何時間載入，它們特別適合在函式中載入一些模組和plugin擴充套件模組的場合，因為它可以在當程式需要某個
plugin模組時才動態的載入。
   Linux系統下，DL函式庫與其他函式庫在格式上沒有特殊的區別。通常C語言環境下，需要包含這個標頭檔案。 Linux中使用的函式和Solaris中一樣，都是
dlpoen()API。當然不是所有的平臺都使用同樣的介面，例如HP-UX使用shl_load()機制，而Windows平臺用另外的其他的呼叫介面。

dlopen()

   dlopen函式開啟一個函式庫然後為後面的使用做準備。C語言原形是： 
     void * dlopen(const char *filename, int flag);
   如果檔名filename是以“/”開頭，也就是使用絕對路徑，那麼dlopne就直接使用它，而不去查詢某些環境變數或者系統設定的函式庫所在的目錄了。
否則dlopen（）就會按照下面的次序查詢函式庫檔案：
   1. 環境變數LD_LIBRARY指明的路徑。
   2. /etc/ld.so.cache中的函式庫列表。
   3. /lib目錄，然後/usr/lib。不過一些很老的a.out的loader則是採用相反的次序，也就是先查 /usr/lib，然後是/lib。
   dlopen()函式中，引數flag的值必須是RTLD_LAZY或者RTLD_NOW，RTLD_LAZY的意思是resolve undefined symbols as code from the dynamic library is executed，而RTLD_NOW的含義是resolve all undefined symbols before dlopen() returns and fail if this cannot be done'
   注意函式庫的載入順序。

dlerror()

    通過呼叫dlerror()函式，我們可以獲得最後一次呼叫dlopen()，dlsym()，或者dlclose（）的錯誤資訊。 

dlsym()

   void * dlsym(void *handle, char *symbol);
   函式中的引數handle就是由dlopen開啟後返回的控制代碼，symbol是一個以NIL結尾的字串。
   如果dlsym()函式沒有找到需要查詢的symbol，則返回NULL。典型的呼叫過程如下：

dlerror();      /*clear error code */  
s = (actual_type)dlsym(handle,    symbol_being_searched_for);  
if((error = dlerror()) != NULL){  
    /* handle error, the symbol wasn't found */  
} else {  
    /* symbol found, its value is in s */  
}    

dlclose()
dlopen()函式的反過程就是dlclose()數，dlclose()函式用力關閉一個DL函式庫。真正釋放的時候，如果函式庫裡面有_fini()這個函式，則自動呼叫_fini（）這個函式，做一些必要的處理。Dlclose（）返回0表示成功，其他非0值表示錯誤。

動態函式庫的建立：
動態函式庫並非另外一種庫函式格式，可只是在程式執行的任何時候動態的載入的共享函式庫或。它的建立可以參考共享函式庫的建立。

動態函式庫的使用：

int main(int argc, char *argv){  
        void *handle;  
        char *error;  

        double (*cosine )(double);  
        handle = dlopen("/lib/libm.so.6", RTLD_LAZY);  
        if(!handle){  
            fputs(dlerror(), stderr);  
             exit(1);  
        }  

        cosine = dlsym(handle, "cos");  
        if((error = dlerror()) != NULL){  
            fputs(error, stderr);  
            exit(1);  
        }  

        printf("%f", (*cosine)(2, 0));  

        dlclose(handle);  

        return 0;  
}  

如果這個程式名字叫test.c,那麼用下面的命令來編譯：
gcc -o test test.c –ldl