Linux C语言链接

不念不忘少年蓝@ 2022-12-31 10:25 117阅读 0赞

之前一直使用VC++6.0或者VS来编写一些C语言代码，突然换了一个环境就感觉有点不适应，所以写一篇笔记记录一下。

### 文章目录 ###

*  一、简介
 *  二、链接练习
 *   *  2.1多文件链接
     *  2.2静态库链接
     *  2.3共享库链接
 *  三、小结

# 一、简介 #

> C语言的链接过程实质上就是对多个文件代码进行整合的过程，说的虽然简单但是其内部实现还是非常复杂的，具体的内容还需要后续的学习*～*。

# 二、链接练习 #

## 2.1多文件链接 ##

> 首先是对多个.c文件的链接，循序渐近才能更好的理解链接过程，在这里就直接使用了书里面的例子来说明一下问题。

1、在同一个目录文件夹下创建下面几个文件：

> main.c

#include<stdio.h>
    
    int a,b=1;
    extern void push(char);         //要对函数进行显式声明，否则编译器就会对该函数进行隐式推断
    extern char pop(void);
    extern int is_empty(void);
    
    
    int main(void)
    { 
            push('a');
            push('b');
            push('c');
    
            while(!is_empty())
                    putchar(pop());
            putchar('\n');
    
            return 0;
    }

> stack.c

static char stack[512];         //使用static来限制外部对象来访问内部成员，有点像类中的数据成员
    static int top=1;
    
    //栈的压入动作
    void push(char c)
    { 
            stack[++top]=c;
    }
    
    //栈的弹出动作
    char pop(void)
    { 
            return stack[top--];
    }
    
    //判断是否为空
    int is_empty(void)
    { 
            return top==-1;
    }

2、使用gcc main.c stack.c -o main命令来编译链接这两个文件，执行结果如下所示：  
![在这里插入图片描述][20201229152253317.png]

过程虽然很简单，但是可以注意到我们每次都需要在main.c中使用extern关键字来显式声明我们所要用到的函数，这是有点不方便的，因为如果我们要使用的函数较多，那么main.c中就要添加许多函数的声明，那么问题就来了为啥非要声明函数呢？其主要有以下几个原因：

> （1）函数的形参类型可能跟函数的实参类型不一致；（参数类型）  
> （2）如果函数定义带有可变参数（例如printf），从函数调用代码也看不出来它带有可变参数；（参数个数）  
> （3）从函数调用的代码看不出来其返回值是什么类型。（返回值类型）

所以编译器只能通过简单的推测来进行函数的调用，往往这种推测都是错误的，但是它又不知道从哪里来找到这些函数的定义，故这就需要显式的声明来解决这种问题。不过显式声明都写在main.c文件中也会带来不变，所以就出现了头文件。修改一下上述文件中的内容：

> main1.c

#include<stdio.h>
    #include"stack.h"
    
    int a,b=1;
    
    int main(void)
    { 
    	push('a');
    	push('b');
    	push('c');
    
    	while(!is_empty())
    		putchar(pop());
    	putchar('\n');
    
    	return 0;
    }

> stack.h

#ifndef STACK_H //这就是C语言中的头文件作用，显式声明函数，也就是将函数设置为pubilc
    #define STACK_H
    
    extern void push(char);
    extern char pop(void);
    extern int is_empty(void);
    
    #endif

> 执行类似的命令gcc main1.c stack.c -o main1亦可得到相同的结果：

![在这里插入图片描述][20201229155756565.png]

> 特别要注意的是如果你的头文件与你的main文件不在一个目录文件夹下，需要使用-I命令来指定一下目录。

## 2.2静态库链接 ##

1、首先为了测试我们需要新建一个文件夹stack  
2、使用gcc -c stack/stack.c 命令生成stack.c的中间文件  
![在这里插入图片描述][20201230093829118.png]  
3、之后我们就可以创建我们自己的静态库。

> 执行ar rs libstack.a stack.o命令即可。

![在这里插入图片描述][20201230094106711.png]  
4、然后我们把静态库链接到main.c文件之中

> 执行命令gcc main1.c -L. -lstack -Istack -o main2

![在这里插入图片描述][20201230095008697.png]  
其中，-L命令选项是告诉编译器去那里找库文件，-lstack是指定寻找的库文件名，特别要注意的是，编译器不会主动去寻找我们自己创建的库文件，需要我们手动指定。当然其有默认寻找的路径，可以使用命令gcc -print-search-dirs来进行查询。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RheXVoYWl0YW5nMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

> 默认情况下，gcc会优先寻找共享库（动态库），其次才是静态库，如果想要只寻找静态库可以使用-static命令加以限制。使用静态库的一个好处是链接器只会把静态库中需要的目标函数给链接进来，不需要的则不需要链接。

## 2.3共享库链接 ##

因为之前已经整理过共享库与静态库的差异，所以这里只进行一些测试。  
1、生成与位置无关（PIC，Position Independent Code）的代码。

> 执行命令gcc -c -fPIC stack/stack.c

![在这里插入图片描述][20201230102939735.png]

如果不添加“-fPIC”参数，编译仍可以顺利通过，但这就会产生一个不使用地址无关代码而使用装载时重定位的共享对象，那么这样就会导致其不能被多个进程之间共享，失去节省内存的优点。

2、创建共享库

> gcc -shared -o libstack.so stack.o

![在这里插入图片描述][20201230103525464.png]

3、将我们创建的贡献库与main1.c链接在一起。  
特别要注意的是，如果直接运行下面的命令将会报错。

> gcc main.c -g -L. -lstack -o main2

![在这里插入图片描述][20201230103704297.png]  
使用ldd命令来看一下main2文件的依赖关系：

![在这里插入图片描述][20201230103827254.png]

可以看到我们自己创建的libstack.so文件并没有被找到，这是因为共享库的路径需要在“运行时”由动态链接器（动态装载器）/lib/ld-linux.so.2去查找，也就是说我们上面指定的那个路径-L.，其实指定的是编译器要对那些文件进行编译的路径，这与动态链接器进行文件链接装载并没有什么关系。那么这个链接器会从那些目录下搜索共享库呢，我们可以从其搜索顺序得知一二：

> （1）其首先会从环境变量LD\_LIBRARY\_PATH保存的路径进行搜寻。  
> （2）然后从缓存文件/etd/ld.so.cache中进行查找。这个缓存文件是由ldconfig命令读取配置文件/etc/ld.so.conf生成的。  
> （3）之后就是系统默认库文件目录中查找（/usr/lib与/lib）。

借用一下一个视频里的比喻来说一下上面的为什么要有这么多搜索路径，假设路径就是我们的钱，那么（1）就有点像是我们的口袋，及拿即用；（2）就有点像是银行，口袋没钱了当然要去银行去取钱；（3)就是我们的父母了，口袋、银行都没钱了，那只能找父母要钱了。这也是一种普世的思想。

既然已经知道了解决问题的方法，我们都来试一下吧。  
第一种方法：

> export LD\_LIBRARY\_PATH=/home/wangjy/桌面/C语言/Linux一站式学习/Link/Link4  
> ./main2

![在这里插入图片描述][20201230111414672.png]  
第二种方法（常用）：  
这种方法是书中推荐使用的方法，但这种东西因人而异吧。  
首先先取消上一次的路径：

> export LD\_LIBRARY\_PATH=’’

![在这里插入图片描述][20201230112712202.png]  
修改/etc/ld.so.conf文件：  
![在这里插入图片描述][20201230113214701.png]  
可以使用ldconfig -v查看一下是否添加成功。

![在这里插入图片描述][20201230113328695.png]

再次执行main2。

![在这里插入图片描述][20201230113441951.png]  
![在这里插入图片描述][20201230113703660.png]  
第三种方法：  
修改/etc/ld.so.conf文件，执行ldconfig命令  
![在这里插入图片描述][20201230114227319.png]

![在这里插入图片描述][2020123011451722.png]  
将我们创建的共享库复制到/lib中并执行main2。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RheXVoYWl0YW5nMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

# 三、小结 #

在学习linux C链接的过程中，其实让我注意到了之前一直没注意到的问题，比如其实在C语言中的extern、static与C++中的public和private非常的相似，都是在进行某种封装，只不过一个针对的是某个作用域，一个针对的是类对象而已。此外，我对链接阶段的具体过程并不清楚，只是简单的知晓静态链接会把代码添加到可执行文件中，动态链接则不会，更多的细节仍需要后续的深入学习。

> 参考资料：《Linux C编程一站式学习》

[20201229152253317.png]: /images/20221120/f1b31bd8e7fd4f5e85e674bf55f20fb8.png
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