系统：库与二进制 | 精神时光屋

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1. 库

1.1. 库的概念

库：实现了某一类功能的若干函数和二进制代码的集合。库的后缀名在不同平台上表现不同： Windows：静态库：xxx.lib && 动态库：xxx.dll Linux：静态库：xxx.a && 动态库：xxx.so

1.2. 库的分类

库分为静态库和动态库，与之对应的操作是静态链接和动态链接，静态库不能采用动态链接，同理，动态库也不能采用静态链接。静态库：在链接的时候，函数库被完整的拷贝到可执行文件中，对应的链接方式成为静态链接，采用 gcc -static 指令。这里的可执行文件可以使单纯的一个 a.out，也可以是一整个 app 或者程序。动态库：相对于静态库，动态库并没有将库中所有的数据复制到可执行文件中，在程序运行的时候才会被动态载入。

2. 区别和特点

2.1. 静态库

一旦链接完成，执行程序就和函数库没有任何关联；

占用空间和资源，拷贝多次就会占用多份资源；

会导致升级不便，一个地方修改就需要全量更新；

2.2. 动态库

可以实现进程之间的资源共享；

动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期；

将一些程序升级变得简单；

可以通过显示调用做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制；

动态库的创建直接使用编译器即可创建动态库，不需要打包工具；

3. 示例演示

这里试用 gcc 编译器 + C 语言作为演示，其他编译器配合 C/C++ 类似。

3.1. 编译过程简介

gcc 编译器在 c 语言到可执行文件中，主要包含四步：

预处理 Pre-Processing：aaa.c -> aaa.i

编译 Compiling：aaa.i -> aaa.s

汇编 Assembling：aaa.s -> aaa.o

链接 Linking：bbb.so/ccc.a + aaa.o -> aaa

动静态库区别，主要在第四步链接的方式不同。

3.2. 原理演示

文件 mymath.h

文件 mymath.c

文件 main.c

测试脚本：

3.3. 输出与分析

可以看到，动态链接生成的二进制 dynamic-main 文件，在运行时依赖 libmymath.so，这里 not found 是因为没有把 libmymath.so 放到系统索引目录里，只在编译时用了 -L. 参数；静态编译不依赖任何 so。

4. 概念补充

4.1. ELF

4.1.1. ELF 介绍

ELF，全称 executable and linkeable file，是一种对可执行文件、目标文件和库使用的文件格式，跟 Windows 下的 PE 文件格式类似。ELF 格式是 Unix 系统实验室作为 ABI 而开发和发布的。

ELF 主要包括三类文件：

可重定位文件：编译生成的 .o 文件；

可执行文件：Linker 对 .o 处理进行输出的文件；

共享对象文件：动态库文件。

4.1.2. ELF 布局

ELF 布局如下：

ELF header：描述体系结构和操作系统的基本信息，指出 section header table 和 program header table；

program header table：给出了各个 segment 的信息，从运行角度来看 ELF 文件；

section header table：给出了各个 section 的信息，从编译和链接的角度来看 ELF 文件；

sections：各个节区；

segments：各个段区；

可以注意到 sections 和segments 占用的地方是一样的，左边的视图是从编译和链接的角度看，右边则是从运行的角度看。

4.1.3. ELF 解读

在 Linux 下，一般使用 readelf 工具读取 elf 文件：

4.2. ldd

ldd 是 List Dynamic Dependencies 的缩写，它列出了应用程序所需的所有共享对象。它通过设置特殊的环境变量来调用动态链接器。使用二进制文件的位置运行 ldd 时，它会返回一个输出，其中包含依赖关系的列表、它们的位置以及表示它们加载到内存的十六进制值。

5. 混合编译

5.1. 举例

假设目前有一个 test.c 文件，它的编译依赖静态库头文件 include/headerb.h，动态库 /usr/lib/libdynamica.so，lib/libdynamicb.so，lib/libstatica.a 等。

第一行：编译与输出文件名；

第二行：链接系统动态库 dynamica；

第三行：链接本地动态库 dynamicb；

第四行：链接本地头文件 include，链接本地静态库 statica

5.2. 说明

gcc 编译器中，-I 代表头文件路径，-L 代表库路径，-l 代表库名称，静动态库相同；

gcc 编译器中，一旦编译选项中出现 -static，后面的所有选项自动转为静态库；

6. 参考

《ELF 文件格式简介》https://terenceli.github.io/技术/2014/11/02/elf

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