「Linux 系统编程」静态库与动态库

1 静态库与动态库简介

1.1 静态库介绍

静态库（Static Library）是编译时被 完整复制到目标程序中 的库文件，程序运行时不再依赖原库文件。

在 Linux 系统中，静态库文件以 .a 为扩展名，例如 libmath.a。

当静态库文件被改动，需要重新编译链接程序才能生效。

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1.2 动态库介绍

动态库（Dynamic Library，又称共享库 Shared Library）在程序编译时仅记录引用信息，程序运行时才被加载到内存并共享使用。

在 Linux 系统中，动态库文件以 .so 为扩展名，例如 libmath.so。

当动态库更新后，无需重新编译程序（只要接口兼容），但运行时需保证库存在且路径正确。

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1.3 静态库与动态库对比

静态库在编译时 “嵌入” 程序，运行独立但体积大；动态库在运行时 “共享”，体积小但依赖外部文件。

通常来说，静态加载的速度会快一些，而动态库速度慢一些，但是节省内存。

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1.4 gcc 编译默认链接的动态库

在用 gcc 编译 .c 程序后，可以通过 ldd 命令查看可执行文件依赖的动态库：

# 编译一个程序
gcc test.c -o test

# 查看依赖的动态库
ldd test 

可以看到，libc.so.6 和 ld-linux-x86-64.so.2 就是默认链接的核心动态库。

libc.so.6 提供 C 语言标准函数（如 printf、scanf、malloc、free、字符串处理函数等），是几乎所有 C 程序的 基础依赖。

ld-linux-x86-64.so.2 是 动态链接器相关库，负责在程序运行时加载所需的动态库（包括上述 libc.so 等），并解析库中的函数引用。

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2 Linux 静态库制作

2.1 制作步骤

• 创建源代码文件：

  写了一些函数，分别保存在 add.c、sub.c 和 hello.c 文件中。

  // add.c
  int add(int a, int b){
      return a + b;
  }

  // sub.c
  int sub(int a, int b){
      return a - b;
  }

  // hello.c
  #include <stdio.h>
  
  void hello(){
      printf("Hello, Marisa!\n");
  }

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• 创建头文件

  // marisalib.h
  #ifndef _MARISA_H_
  #define _MARISA_H_
  
  int add(int, int);
  int sub(int, int);
  void hello();
  
  #endif

  此处增加了 头文件保护符，避免重复包含头文件内容，防止出现重定义错误、潜在的逻辑错误等。

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• 将源代码编译为目标文件

  gcc -c add.c -o add.o
  gcc -c sub.c -o sub.o
  gcc -c hello.c -o hello.o

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• 打包成静态库

  ar rcs libmarisa.a add.o sub.o hello.o

  • ar: 归档工具
  • rcs: r（替换旧成员）、c（创建库）、s（添加索引）

  静态库名格式必须为 lib[库名称].a。

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在完成上述工作后，可以通过 ar -t libmarisa.a 命令查看库中的内容：

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2.2 使用示例

写一个测试程序 test.c：

#include <stdio.h>
#include "marisalib.h"  // 引入头文件中的函数声明

int main(){
	hello();
	printf("3 + 4 = %d\n", add(3, 4));
	printf("7 - 3 = %d\n", sub(7, 3));

	return 0;
}

通过以下命令进行编译链接：

gcc test.c -o test -L./ -lmarisa

• -L./: -L 指定查找库的路径。在当前目录查找库
• -lmarisa: -l 指定链接库的名称。链接 libmarisa.a，名称需要省略 lib 和 .a。

最后运行程序：

./test

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2.3 注意事项

如果头文件、库所在的路径不在测试程序所在目录，例如 .h 头文件位于 ./include 中，.a 库文件位于 ./libs 中。此时，需要用 -I 指定查找头文件的路径：

gcc test.c -o test -I./include -L./libs -lmarisa

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假如存在静态库与动态库同名，此时之前的编译命令会优先链接动态库。如果要强制使用静态库，需要改成如下命令形式：

gcc test.c -o test -L./ -l:libmath.a

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3 Linux 动态库制作

3.1 制作步骤

• 创建源代码文件

  // marisaops.c
  #include <stdio.h>
  #include "marisalib.h"
  
  int add(int a, int b){
      return a + b;
  }
  
  long long mul(long long a, long long b){
      return a * b;
  }
  
  void hello(){
      printf("Hello, Kirisame Marisa!\n");
  }

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• 创建头文件

  // marisalib.c
  #ifndef _MARISA_H_
  #define _MARISA_H_
  
  int add(int, int);
  long long mul(long long, long long);
  void hello();
  
  #endif

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• 编译成位置无关代码

  gcc -c -fPIC marisaops.c -o marisaops.o

  -fPIC：生成位置无关代码（Position Independent Code），是动态库必需的特性。

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• 生成动态库

  gcc -shared -o libmarisa.so marisaops.o

  • -shared：指定生成共享库
  • 命名规范：lib[库名称].so（如 libmarisa.so）

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上述工作完成后，可以查看动态库信息：

nm -D libmarisa.so  # 查看导出符号

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3.2 使用示例

写一个测试程序 test.c：

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

int main(){
	hello();	
	printf("5 + 3 = %d\n", add(5, 3));
	printf("2 * 2 = %lld\n", mul(2, 2));
	
	return 0;
}

编译链接动态库：

gcc test.c -o test -L./ -lmarisa

• -L./：指定库搜索路径（当前目录）
• -lmarisa：链接 libmarisa.so（省略 lib 前缀和 .so后缀）

此时直接运行 ./test 会出现找不到动态库位置的错误：

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在程序 运行阶段，需要为动态链接器 提供动态库所在目录位置：

• 临时设置（仅当前终端有效）

  在编译之后，执行如下命令：

  export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH

  然后再运行程序 ./test 即可。

  export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH 指定动态链接器在运行时搜索共享库（.so 文件）的路径为当前路径。

  其中 . 表示当前工作目录（点号.代表当前目录），确保程序首先在当前目录中查找需要的动态库。$LD_LIBRARY_PATH 引用该变量当前已有的值。这样可以在添加新路径的同时保留原有的搜索路径。

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• 永久设置（添加到用户配置文件）

  任何编辑器都行，打开 ~/.bashrc：

  gedit ~/.bashrc  

  将这 export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH 添加到文件中，并执行：

  source ~/.bashrc  # 使配置文件立即生效

  

  

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需要注意的是，如果动态库的路径被修改了，在重新编译过后，~/.bashrc 文件中的运行时指定动态库路径命令也需要修改。

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3.3 系统配置链接方法

可以通过配置系统文件 /etc/ld.so.conf 来实现动态库链接，相比临时设置 LD_LIBRARY_PATH，具有永久性、系统级和更安全的优点。

用任意编辑器打开 /etc/ld.so.conf：

sudo gedit /etc/ld.so.conf

将 动态库绝对路径 写入保存：

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然后执行 sudo ldconfig -v（更新系统库缓存）使得配置文件生效，其中 -v 增加生效可视化过程。之后再执行 ./test 程序：

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