動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)及靜態(tài)鏈接庫(kù)(windows下的.dll .lib和linux下的.so .a)

1、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)及靜態(tài)鏈接庫(kù)（windows下的.dll .lib和linux下的.so .a） 庫(kù)有動(dòng)態(tài)與靜態(tài)兩種，動(dòng)態(tài)通常用.so為后綴，靜態(tài)用.a為后綴。例如：libhello.so libhello.a 為了在同一系統(tǒng)中使用不同版本的庫(kù)，可以在庫(kù)文件名后加上版本號(hào)為后綴,例如： libhello.so.1.0,由于程序連接默認(rèn)以.so為文件后綴名。所以為了使用這些庫(kù)，通常使用建立符號(hào)連接的方式。ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1 ln -s libhello.so.1 libhello.so使用庫(kù)當(dāng) 要使用靜態(tài)的程序庫(kù)時(shí)，連接器會(huì)找出程序所需的函數(shù)，然后將

2、它們拷貝到執(zhí)行文件，由于這種拷貝是完整的，所以一旦連接成功，靜態(tài)程序庫(kù)也就不再需要了。然 而，對(duì)動(dòng)態(tài)庫(kù)而言，就不是這樣。動(dòng)態(tài)庫(kù)會(huì)在執(zhí)行程序內(nèi)留下一個(gè)標(biāo)記指明當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)，首先必須載入這個(gè)庫(kù)。由于動(dòng)態(tài)庫(kù)節(jié)省空間，linux下進(jìn)行連接的 缺省操作是首先連接動(dòng)態(tài)庫(kù)，也就是說(shuō)，如果同時(shí)存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)庫(kù)，不特別指定的話，將與動(dòng)態(tài)庫(kù)相連接?，F(xiàn)在假設(shè)有一個(gè)叫hello的程序開(kāi)發(fā)包，它提供一個(gè)靜態(tài)庫(kù)libhello.a 一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)libhello.so,一個(gè)頭文件hello.h,頭文件中提供sayhello()這個(gè)函數(shù)/* hello.h */void sayhello();另外還有一些說(shuō)明文檔。這一個(gè)典型的

3、程序開(kāi)發(fā)包結(jié)構(gòu)1.與動(dòng)態(tài)庫(kù)連接linux默認(rèn)的就是與動(dòng)態(tài)庫(kù)連接，下面這段程序testlib.c使用hello庫(kù)中的sayhello()函數(shù) /*testlib.c*/#include#includeint main()sayhello();return 0;使用如下命令進(jìn)行編譯$gcc -c testlib.c -o testlib.o用如下命令連接：$gcc testlib.o -lhello -o testlib在連接時(shí)要注意，假設(shè)libhello.o 和libhello.a都在缺省的庫(kù)搜索路徑下/usr/lib下，如果在其它位置要加上-L參數(shù)與與靜態(tài)庫(kù)連接麻煩一些，主要是參數(shù)問(wèn)題。還是上

4、面的例子：$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello注：這個(gè)特別的"-WI，-Bstatic"參數(shù)，實(shí)際上是傳給了連接器ld.指示它與靜態(tài)庫(kù)連接，如果系統(tǒng)中只有靜態(tài)庫(kù)當(dāng)然就不需要這個(gè)參數(shù)了。如果要和多個(gè)庫(kù)相連接，而每個(gè)庫(kù)的連接方式不一樣，比如上面的程序既要和libhello進(jìn)行靜態(tài)連接，又要和libbye進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，其命令應(yīng)為：$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello -WI,-Bdynamic -lbye3.動(dòng)態(tài)庫(kù)的路徑問(wèn)題為了讓執(zhí)行程序順利找到動(dòng)態(tài)庫(kù)，有三種方法：(1

5、)把庫(kù)拷貝到/usr/lib和/lib目錄下。(2)在LD_LIBRARY_PATH環(huán)境變量中加上庫(kù)所在路徑。例如動(dòng)態(tài)庫(kù)libhello.so在/home/ting/lib目錄下，以bash為例，使用命令：$export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/ting/lib(3) 修改/etc/ld.so.conf文件，把庫(kù)所在的路徑加到文件末尾，并執(zhí)行l(wèi)dconfig刷新。這樣，加入的目錄下的所有庫(kù)文件都可見(jiàn)、4.查看庫(kù)中的符號(hào)有 時(shí)候可能需要查看一個(gè)庫(kù)中到底有哪些函數(shù)，nm命令可以打印出庫(kù)中的涉及到的所有符號(hào)。庫(kù)既可以是靜態(tài)的也可以是動(dòng)態(tài)的。nm列

6、出的符號(hào)有很多，常見(jiàn)的有 三種，一種是在庫(kù)中被調(diào)用，但并沒(méi)有在庫(kù)中定義(表明需要其他庫(kù)支持)，用U表示；一種是庫(kù)中定義的函數(shù)，用T表示，這是最常見(jiàn)的；另外一種是所謂的“弱 態(tài)”符號(hào)，它們雖然在庫(kù)中被定義，但是可能被其他庫(kù)中的同名符號(hào)覆蓋，用W表示。例如，假設(shè)開(kāi)發(fā)者希望知道上央提到的hello庫(kù)中是否定義了 printf():$nm libhello.so |grep printfU printfU表示符號(hào)printf被引用，但是并沒(méi)有在函數(shù)內(nèi)定義，由此可以推斷，要正常使用hello庫(kù)，必須有其它庫(kù)支持，再使用ldd命令查看hello依賴于哪些庫(kù)：$ldd hellolibc.so.6=>

7、/lib/libc.so.6(0x400la000)/lib/ld-linux.so.2=>/lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)從上面的結(jié)果可以繼續(xù)查看printf最終在哪里被定義，有興趣可以go on生成庫(kù)第一步要把源代碼編繹成目標(biāo)代碼。以下面的代碼為例，生成上面用到的hello庫(kù)：/* hello.c */#includevoid sayhello()printf("hello,worldn");用gcc編繹該文件，在編繹時(shí)可以使用任何全法的編繹參數(shù)，例如-g加入調(diào)試代碼等： gcc -c hello.c -o hello.o1.連接成靜

8、態(tài)庫(kù)連接成靜態(tài)庫(kù)使用ar命令，其實(shí)ar是archive的意思$ar cqs libhello.a hello.o2.連接成動(dòng)態(tài)庫(kù)生成動(dòng)態(tài)庫(kù)用gcc來(lái)完成，由于可能存在多個(gè)版本，因此通常指定版本號(hào)：$gcc -shared -Wl,-soname,libhello.so.1 -o libhello.so.1.0 hello.o另外再建立兩個(gè)符號(hào)連接：$ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1$ln -s libhello.so.1 libhello.so這樣一個(gè)libhello的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)就生成了。最重要的是傳gcc -shared 參數(shù)使其生成是動(dòng)態(tài)庫(kù)而不是普通執(zhí)

9、行程序。-Wl 表示后面的參數(shù)也就是-soname,libhello.so.1直接傳給連接器ld進(jìn)行處理。實(shí)際上，每一個(gè)庫(kù)都有一個(gè)soname，當(dāng)連接器發(fā)現(xiàn)它正 在查找的程序庫(kù)中有這樣一個(gè)名稱，連接器便會(huì)將soname嵌入連結(jié)中的二進(jìn)制文件內(nèi)，而不是它正在運(yùn)行的實(shí)際文件名，在程序執(zhí)行期間，程序會(huì)查找擁有 soname名字的文件，而不是庫(kù)的文件名，換句話說(shuō)，soname是庫(kù)的區(qū)分標(biāo)志。這樣做的目的主要是允許系統(tǒng)中多個(gè)版本的庫(kù)文件共存，習(xí)慣上在命名庫(kù)文件的時(shí)候通常與soname相同libxxxx.so.major.minor其中，xxxx是庫(kù)的名字，major是主版本號(hào)，minor 是次版本號(hào)=摘

10、要：動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)和設(shè)計(jì)程序常用的技術(shù)，在Windows和Linux系統(tǒng)中都有動(dòng)態(tài)庫(kù)的概念，采用動(dòng)態(tài)庫(kù)可以有效的減少程序大小，節(jié)省空間，提高效率，增加程序的可擴(kuò)展性，便于模塊化管理。但不同操作系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)庫(kù)由于格式 不同，在需要不同操作系統(tǒng)調(diào)用時(shí)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)庫(kù)程序移植。本文分析和比較了兩種操作系統(tǒng)動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)，并給出了將Visual C+編制的動(dòng)態(tài)庫(kù)移植到Linux上的方法和經(jīng)驗(yàn)。1、引言動(dòng)態(tài)庫(kù)（Dynamic Link Library abbr，DLL）技術(shù)是程序設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用的技術(shù)。其目的減少程序的大小，節(jié)省空間，提高效率，具有很高的靈活性。采用動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)對(duì)于升級(jí)軟件版本更加容易。與靜態(tài)庫(kù)

11、（Static Link Library）不同，動(dòng)態(tài)庫(kù)里面的函數(shù)不是執(zhí)行程序本身的一部分，而是根據(jù)執(zhí)行需要按需載入，其執(zhí)行代碼可以同時(shí)在多個(gè)程序中共享。在Windows和Linux操作系統(tǒng)中，都可采用這種方式進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，但他們的調(diào)用方式以及程序編制方式不盡相同。本文首先分析了在這兩種操作系統(tǒng)中通常采用的動(dòng)態(tài)庫(kù)調(diào)用方法以及程序編制方式，然后分析比較了這兩種方式的不同之處，最后根據(jù)實(shí)際移植程序經(jīng)驗(yàn)，介紹了將VC+編制的Windows動(dòng)態(tài)庫(kù)移植到Linux下的方法。2、動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)2.1 Windows動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是實(shí)現(xiàn)Windows應(yīng)用程序共享資源、節(jié)省內(nèi)存空間、提高使用效率的一個(gè)重要技術(shù)

12、手段。常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)庫(kù)包含外部函數(shù)和資源，也有一些動(dòng)態(tài)庫(kù)只包含資源，如Windows字體資源文件，稱之為資源動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。通常動(dòng)態(tài)庫(kù)以.dll，.drv、.fon等作為后綴。相應(yīng)的windows靜態(tài)庫(kù)通常以.lib結(jié)尾，Windows自己就將一些主要的系統(tǒng)功能以動(dòng)態(tài)庫(kù)模塊的形式實(shí)現(xiàn)。Windows動(dòng)態(tài)庫(kù)在運(yùn)行時(shí)被系統(tǒng)加載到進(jìn)程的虛擬空間中，使用從調(diào)用進(jìn)程的虛擬地址空間分配的內(nèi)存，成為調(diào)用進(jìn)程的一部分。DLL也只能被該進(jìn)程的線程所訪問(wèn)。DLL的句柄可以被調(diào)用進(jìn)程使用；調(diào)用進(jìn)程的句柄可以被DLL使用。DLL模塊中包含各種導(dǎo)出函數(shù)，用于向外界提供服務(wù)。DLL可以有自己的數(shù)據(jù)段，但沒(méi)有自己的堆棧，使用與調(diào)用

13、它的應(yīng)用程序相同的堆棧模式；一個(gè)DLL在內(nèi)存中只有一個(gè)實(shí)例；DLL實(shí)現(xiàn)了代碼封裝性；DLL的編制與具體的編程語(yǔ)言及編譯器無(wú)關(guān)，可以通過(guò)DLL來(lái)實(shí)現(xiàn)混合語(yǔ)言編程。DLL函數(shù)中的代碼所創(chuàng)建的任何對(duì)象（包括變量）都?xì)w調(diào)用它的線程或進(jìn)程所有。根據(jù)調(diào)用方式的不同，對(duì)動(dòng)態(tài)庫(kù)的調(diào)用可分為靜態(tài)調(diào)用方式和動(dòng)態(tài)調(diào)用方式。(1)靜態(tài)調(diào)用，也稱為隱式調(diào)用，由編譯系統(tǒng)完成對(duì)DLL的加載和應(yīng)用程序結(jié)束時(shí)DLL卸載的編碼（Windows系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)DLL調(diào)用次數(shù)的計(jì)數(shù)），調(diào)用方式簡(jiǎn)單，能夠滿足通常的要求。通常采用的調(diào)用方式是把產(chǎn)生動(dòng)態(tài)連接庫(kù)時(shí)產(chǎn)生的.LIB文件加入到應(yīng)用程序的工程中，想使用DLL中的函數(shù)時(shí)，只須在源文件中聲明

14、一下。 LIB文件包含了每一個(gè)DLL導(dǎo)出函數(shù)的符號(hào)名和可選擇的標(biāo)識(shí)號(hào)以及DLL文件名，不含有實(shí)際的代碼。Lib文件包含的信息進(jìn)入到生成的應(yīng)用程序中，被調(diào)用的DLL文件會(huì)在應(yīng)用程序加載時(shí)同時(shí)加載在到內(nèi)存中。(2)動(dòng)態(tài)調(diào)用，即顯式調(diào)用方式，是由編程者用API函數(shù)加載和卸載DLL來(lái)達(dá)到調(diào)用DLL的目的，比較復(fù)雜，但能更加有效地使用內(nèi)存，是編制大型應(yīng)用程序時(shí)的重要方式。在Windows系統(tǒng)中，與動(dòng)態(tài)庫(kù)調(diào)用有關(guān)的函數(shù)包括：LoadLibrary（或MFC 的AfxLoadLibrary），裝載動(dòng)態(tài)庫(kù)。 GetProcAddress，獲取要引入的函數(shù)，將符號(hào)名或標(biāo)識(shí)號(hào)轉(zhuǎn)換為DLL內(nèi)部地址。 FreeLib

15、rary（或MFC的AfxFreeLibrary），釋放動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。在windows中創(chuàng)建動(dòng)態(tài)庫(kù)也非常方便和簡(jiǎn)單。在Visual C+中，可以創(chuàng)建不用MFC而直接用C語(yǔ)言寫的DLL程序，也可以創(chuàng)建基于MFC類庫(kù)的DLL程序。每一個(gè)DLL必須有一個(gè)入口點(diǎn)，在VC+中，DllMain是一個(gè)缺省的入口函數(shù)。DllMain負(fù)責(zé)初始化(Initialization)和結(jié)束(Termination)工作。動(dòng)態(tài)庫(kù)輸出函數(shù)也有兩種約定，分別是基于調(diào)用約定和名字修飾約定。DLL程序定義的函數(shù)分為內(nèi)部函數(shù)和導(dǎo)出函數(shù)，動(dòng)態(tài)庫(kù)導(dǎo)出的函數(shù)供其它程序模塊調(diào)用。通?？梢杂邢旅鎺追N方法導(dǎo)出函數(shù)：采用模塊定義文件的EXPORT

16、部分指定要輸入的函數(shù)或者變量。 使用MFC提供的修飾符號(hào)_declspec(dllexport)。 以命令行方式，采用/EXPORT命令行輸出有關(guān)函數(shù)。在windows動(dòng)態(tài)庫(kù)中，有時(shí)需要編寫模塊定義文件(.DEF)，它是用于描述DLL屬性的模塊語(yǔ)句組成的文本文件。2.2 Linux共享對(duì)象技術(shù)在Linux操作系統(tǒng)中，采用了很多共享對(duì)象技術(shù)（Shared Object），雖然它和Windows里的動(dòng)態(tài)庫(kù)相對(duì)應(yīng)，但它并不稱為動(dòng)態(tài)庫(kù)。相應(yīng)的共享對(duì)象文件以.so作為后綴，為了方便，在本文中，對(duì)該概念不進(jìn)行專門區(qū)分。Linux系統(tǒng)的/lib以及標(biāo)準(zhǔn)圖形界面的/usr/X11R6/lib等目錄里面，就有許

17、多以so結(jié)尾的共享對(duì)象。同樣，在Linux下，也有靜態(tài)函數(shù)庫(kù)這種調(diào)用方式，相應(yīng)的后綴以.a結(jié)束。Linux采用該共享對(duì)象技術(shù)以方便程序間共享，節(jié)省程序占有空間，增加程序的可擴(kuò)展性和靈活性。Linux還可以通過(guò)LD-PRELOAD變量讓開(kāi)發(fā)人員可以使用自己的程序庫(kù)中的模塊來(lái)替換系統(tǒng)模塊。同Windows系統(tǒng)一樣，在Linux中創(chuàng)建和使用動(dòng)態(tài)庫(kù)是比較容易的事情，在編譯函數(shù)庫(kù)源程序時(shí)加上-shared選項(xiàng)即可，這樣所生成的執(zhí)行程序就是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。通常這樣的程序以so為后綴，在Linux動(dòng)態(tài)庫(kù)程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常流程是編寫用戶的接口文件，通常是.h文件，編寫實(shí)際的函數(shù)文件，以.c或.cpp為后綴，再編

18、寫makefile文件。對(duì)于較小的動(dòng)態(tài)庫(kù)程序可以不用如此，但這樣設(shè)計(jì)使程序更加合理。編譯生成動(dòng)態(tài)連接庫(kù)后，進(jìn)而可以在程序中進(jìn)行調(diào)用。在Linux中，可以采用多種調(diào)用方式，同Windows的系統(tǒng)目錄(.system32等)一樣，可以將動(dòng)態(tài)庫(kù)文件拷貝到/lib目錄或者在/lib目錄里面建立符號(hào)連接，以便所有用戶使用。下面介紹Linux調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)經(jīng)常使用的函數(shù)，但在使用動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)，源程序必須包含dlfcn.h頭文件，該文件定義調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的函數(shù)的原型。(1)_打開(kāi)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)：dlopen，函數(shù)原型void *dlopen (const char *filename, int flag); dlope

19、n用于打開(kāi)指定名字(filename)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，并返回操作句柄。(2)取函數(shù)執(zhí)行地址：dlsym，函數(shù)原型為: void *dlsym(void *handle, char *symbol); dlsym根據(jù)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)操作句柄(handle)與符號(hào)(symbol)，返回符號(hào)對(duì)應(yīng)的函數(shù)的執(zhí)行代碼地址。(3)關(guān)閉動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)：dlclose，函數(shù)原型為: int dlclose (void *handle);dlclose用于關(guān)閉指定句柄的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，只有當(dāng)此動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的使用計(jì)數(shù)為0時(shí),才會(huì)真正被系統(tǒng)卸載。(4)動(dòng)態(tài)庫(kù)錯(cuò)誤函數(shù)：dlerror，函數(shù)原型為: const char *dlerror

20、(void); 當(dāng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)操作函數(shù)執(zhí)行失敗時(shí)，dlerror可以返回出錯(cuò)信息，返回值為NULL時(shí)表示操作函數(shù)執(zhí)行成功。在取到函數(shù)執(zhí)行地址后，就可以在動(dòng)態(tài)庫(kù)的使用程序里面根據(jù)動(dòng)態(tài)庫(kù)提供的函數(shù)接口聲明調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)里面的函數(shù)。在編寫調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)的程序的makefile文件時(shí)，需要加入編譯選項(xiàng)-rdynamic和-ldl。除了采用這種方式編寫和調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)之外，Linux操作系統(tǒng)也提供了一種更為方便的動(dòng)態(tài)庫(kù)調(diào)用方式，也方便了其它程序調(diào)用，這種方式與Windows系統(tǒng)的隱式鏈接類似。其動(dòng)態(tài)庫(kù)命名方式為“l(fā)ib*.so.*”。在這個(gè)命名方式中，第一個(gè)*表示動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的庫(kù)名，第二個(gè)*通常表示該動(dòng)態(tài)庫(kù)的版本號(hào)，也可以沒(méi)有版本號(hào)。在這種調(diào)用方式中，需要維護(hù)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的配置文件/etc/ld.so.conf來(lái)讓動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)為系統(tǒng)所使用，通常將動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)所在目錄名追加到動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)配置文件中。如具有X window窗口系統(tǒng)發(fā)行版該文件中都具有/usr/X11R6/lib，它指向X window窗口系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)所在目錄。為了使動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)能為系統(tǒng)所共享，還需運(yùn)行動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的管理命令./sbin/ldconfig。在編譯所引用的動(dòng)態(tài)庫(kù)時(shí)，可以在gcc采用 ?l或-L選項(xiàng)或直接引用所需的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式進(jìn)行編譯。在Linux里面，可以采用ldd命令來(lái)檢查程序依賴共享庫(kù)