Linux下Makefile中动态链接库和静态链接库的生成与调用

阳光穿透心脏的1/2处 2022-10-08 11:18 531阅读 0赞

背景：写这篇博客的原因是：最近在搞嵌入式，需要交叉编译opencv库文件，自己写Makefile，通过arm-linux-g++编译、链接、生成可执行文件，从而实现了移植的过程。平台是Toradex的Apalis TK1，三千多元，买回来我就后悔了，全是英文资料，还各种Bug，迟迟无法上手。早知如此，还不如直接买Nvidia的Jetson TK1呢。

书归正传，今天写一下Makefile文件中，动态链接库和静态链接库的生成与调用。

## 一、概念 ##

**动态链接库**：是一种不可执行的二进制程序文件，它允许程序共享执行特殊任务所必需的代码和其他资源。Windows平台上动态链接库的后缀名是”.dll”，Linux平台上的后缀名是“.so”。Linux上动态库一般是libxxx.so;相对于静态函数库，动态函数库在编译的时候并没有被编译进目标代码中，你的程序执行到相关函数时才调用该函数库里的相应函数，因此动态函数库所产生的可执行文件比较小。由于函数库没有被整合进你的程序，而是程序运行时动态的申请并调用，所以程序的运行环境中必须提供相应的库。动态函数库的改变并不影响你的程序，所以动态函数库的升级比较方便。

**静态链接库**：这类库的名字一般是libxxx.a；利用静态函数库编译成的文件比较大，因为整个函数库的所有数据都会被整合进目标代码中，他的优点就显而易见了，即编译后的执行程序不需要外部的函数库支持，因为所有使用的函数都已经被编译进去了。当然这也会成为他的缺点，因为如果静态函数库改变了，那么你的程序必须重新编译。

**Makefile**：利用IDE开发调试的人员可能对Makefile不大理解，其实Makefile就是完成了IDE中的编译、链接、生成等工作，并遵循shell脚本中变量定义与调用的规则。

## 二、编写Makefile实现编译与链接 ##

**1、准备文件**  
我们写一个简单的工程吧，此工程包含3个文件，分别是main.cpp，func.cpp和func.h。代码如下：  
1）main.cpp源文件：包含入口函数 int main()。该源文件中添加了“func.h”头文件，在入口函数中调用func()函数。func函数中在func.cpp中定义，在func.h中原型声明。

# main.cpp
     
    #include "func.h"
    int main()
    {
        func();
        return 0;
    }

2）func.h头文件：对void func()函数进行原型声明。

3）func.cpp源文件：对void func()函数的定义或实现。

# func.cpp
     
    #include "func.h"
     
    void func()
    {
        std::cout << "Hello World !" << std::endl;
    }

**2、编写Makefile文件**  
1）定义变量  
首先定义SOURCE，OBJS和TARGET变量，用于指代我们项目中的源文件、目标文件和可执行文件。  
2) 设置编译参数  
**CC**：配置编译器为g++，  
**LIBS**：需要调用的链接库（-l开头，去掉lib和.so。例：对 libopencv\_core.so链接库的调用要写作：-lopencv\_core），  
**LDFLAGS**：链接库的路径（-L开头），  
**INCLUDE**：头文件的路径。  
3）链接生成  
此步骤生成可执行文件（ELF），链接需要用到目标文件，由下一步产生  
4）编译  
此步骤生成目标文件（.o）  
5）清理  
此步骤清理可执行文件和所有的目标文件

#######################
    # Makefile
    #######################
    # source object target
    SOURCE := main.cpp func.cpp
    OBJS   := main.o func.o
    TARGET := main
     
    # compile and lib parameter
    CC      := g++
    LIBS    :=
    LDFLAGS := -L.
    DEFINES :=
    INCLUDE := -I.
    CFLAGS  := 
    CXXFLAGS:= 
     
    # link
    #$(TARGET):$(OBJS)
        $(CC) -o $@ $^
     
    # compile
    #$(OBJS):$(SOURCE)
        $(CC) -c main.cpp -o main.o
        $(CC) -c func.cpp -o func.o
     
    # clean
    clean:
        rm -fr *.o
        rm -fr $(TARGET)

上述Makefile是将编译和链接两个步骤分开写的，我们同样可以直接从源文件生成可执行文件，自动进行编译链接等工作。  
方法：将上述Makefile中的：

# link
    #$(TARGET):$(OBJS)
        $(CC) -o $@ $^
     
    # compile
    #$(OBJS):$(SOURCE)
        $(CC) -c main.cpp -o main.o
        $(CC) -c func.cpp -o func.o

修改为：

all:
        $(CC) -o $(TARGET) $(SOURCE)

其他内容，不作变化  
6）编译、执行、清理

make
    ./main
    make clean

NOTE:在执行make的时候会出现Makefile:19: \*\*\* missing separator. Stop的错误,提示没有分割符,在makefile中规定必须以TAB键进行缩进.  
执行make clean可以清楚当前目录下编译的文件.

## 2、动态链接库的调用 ##

引言：在第一部分中，我们将main.o和func.o两个目标文件进行链接，便生成了main可执行文件。如果甲方并没有提供func.cpp和func.o，只是提供了libfunc.so这个链接库，我们如何生成可执行文件呢？下文就是讲述如何利用动态库链接生成可执行文件。

**Makefile如下：**  
1）编译的时候需要通过INCLUDE指明头文件的路径  
2）链接的时候需要通过LDFLAGS 和 LIBS指明动态库的路径和名称。这里需要注意的是，指明动态库名称时需要“掐头去尾”，例：我们需要用到 libfunc.so库，LIBS必须定义为 -lfunc 。  
3）执行的时候，需要把libfunc.so动态库拷贝到系统环境变量包含的路径下（比如/lib或/usr/lib），这样程序在运行时才能调用到动态库。

## 四、静态链接库的生成和调用 ##

**1、静态链接库的生成**  
引言：仍然利用上文中的main.cpp, func.cpp和func.h文件。下面，我们将func.cpp源文件制作成静态链接库func.a，然后调用该静态库对main.cpp进行编译链接。

Makefile如下：  
注意：AR：配置链接器为ar

#######################
    # Makefile
    #######################
     
    # compile and lib parameter
    CC      := g++
    LIBS    :=
    LDFLAGS := 
    DEFINES :=
    INCLUDE := -I.
    CFLAGS  := 
    CXXFLAGS:= 
     
    # link parameter
    AR  := ar
    LIB := func.a
     
    #link
    $(LIB):func.o
        $(AR) -r $@ $^
    #compile
    func.o:func.cpp
        $(CC) -c $^ -o $@ 
     
    # clean
    clean:
        rm -fr *.o

执行make命令之后，就可以在当前目录生成func.a的静态链接库了。  
注意：静态链接库必须“以.a结尾”。  
**2、静态链接库的调用**  
引言：在第一部分中，我们将main.o和func.o两个目标文件进行链接，便生成了main可执行文件；第二部分，我们将main.o和libfunc.so进行链接，也可以生成main可执行文件。如果我们既没有func.o也没有func.so，该如何生成可执行文件呢？下文就是讲述如何利用静态库func.a链接生成可执行文件。

Makefile如下：  
1）编译的时候需要通过INCLUDE指明头文件的路径  
2）链接的时候需要通过LDFLAGS 和 LIBS指明静态库的路径和名称。这里不需要像动态库那样“掐头去尾”，直接写作func.a即可。  
3）执行的时候，不需要拷贝func.a至环境变量包含的路径，直接执行即可。

#######################
    # Makefile
    #######################
     
    # target
    TARGET := main
     
    # compile and lib parameter
    CC      := g++
    LDFLAGS := -L.
    LIBS    := func.a
    DEFINES :=
    INCLUDE := -I.
    CFLAGS  := 
    CXXFLAGS:= 
     
    # link
    $(TARGET):main.o
        $(CC) -o $@ $^ $(LIBS)
    #compile
    main.o:main.cpp
        $(CC) -c $^ -o $@
     
    # clean
    clean:
        rm -fr *.o
        rm -fr $(TARGET)