兩個(gè)要知道的基本知識(shí)

Linux 應(yīng)用程序因?yàn)?Linux 版本的眾多與各自獨(dú)立性，在工程制作與使用中必須熟練掌握如下兩點(diǎn)才能有效地工作和理想地運(yùn)行。

1. Linux 下標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接的三種方式（全靜態(tài) , 半靜態(tài) (libgcc,libstdc++), 全動(dòng)態(tài)）及其各自利弊。
   
   
2. Linux 下如何巧妙構(gòu)建 achrive(*.a)，并且如何設(shè)置鏈接選項(xiàng)來解決 gcc 比較特別的鏈接庫的順序問題。
   
   

三種標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接方式選項(xiàng)及對比

為了演示三種不同的標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接方式對最終應(yīng)用程序產(chǎn)生的區(qū)別， 這里用了一個(gè)經(jīng)典的示例應(yīng)用程序 HelloWorld 做演示，見 清單 1 HelloWorld。 整個(gè)工程可以在文章末尾下載。

				
 #include <stdio.h> 
 #include <iostream> 
 using std::cout; 
 using std::endl; 


 int main(int argc, char* argv[]) 
 { 
  printf("HelloWorld!(Printed by printf)\n"); 

  cout<<"HelloWorld!(Printed by cout)"<<endl; 

  return 0; 
 } 
   

三種標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接方式的選項(xiàng)及區(qū)別見 表 1

上述三種標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接方式中，比較特殊的是 半靜態(tài)鏈接方式，主要在于其還需要在鏈接前增加額外的一個(gè)步驟：
ln -s `g++ -print-file-name=libstdc++.a`，作用是將 libstdc++.a（libstdc++ 的靜態(tài)庫）符號(hào)鏈接到本地工程鏈接目錄。
-print-file-name 在 gcc 中的解釋如下：
-print-file-name=<lib> Display the full path to library <lib>

為了區(qū)分三種不同的標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接方式對最終生成的可執(zhí)行文件的影響，本文從兩個(gè)不同的維度進(jìn)行分析比較：

維度一：最終生成的可執(zhí)行文件對標(biāo)準(zhǔn)庫的依賴方式（使用 ldd 命令進(jìn)行分析）

ldd 簡介：該命令用于打印出某個(gè)應(yīng)用程序或者動(dòng)態(tài)庫所依賴的動(dòng)態(tài)庫
涉及語法：ldd [OPTION]... FILE...
其他詳細(xì)說明請參閱 man 說明。

三種標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接方式最終產(chǎn)生的應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件對于標(biāo)準(zhǔn)庫的依賴方式具體差異見 圖 1、圖 2、圖 3所示：

通過上述三圖，可以清楚的看到，當(dāng)用 全靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)庫的鏈接方式時(shí)，所生成的可執(zhí)行文件最終不依賴任何的動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)庫，
而 全動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)庫的鏈接方式會(huì)導(dǎo)致最終應(yīng)用程序可執(zhí)行文件依賴于所有用到的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)庫。
區(qū)別于上述兩種方式的 半靜態(tài)鏈接方式則有針對性的將 libgcc 和 libstdc++ 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫非動(dòng)態(tài)鏈接。
（對比 圖 2與 圖 3，可見在 圖 3中這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫的動(dòng)態(tài)依賴不見了）

從實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，最理想的標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接方式就是半靜態(tài)鏈接，通常會(huì)選擇將 libgcc 與 libstdc++ 這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫靜態(tài)鏈接，
從而避免應(yīng)用程序在不同 Linux 版本間標(biāo)準(zhǔn)庫依賴不兼容的問題發(fā)生。

維度二 : 最終生成的可執(zhí)行文件大?。ㄊ褂?size 命令進(jìn)行分析）

size 簡介：該命令用于顯示出可執(zhí)行文件的大小
涉及語法：size objfile...
其他詳細(xì)說明請參閱 man 說明。

三種標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接方式最終產(chǎn)生的應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件的大小具體差異見 圖 4、圖 5、圖 6所示：

通過上述三圖可以看出，最終可執(zhí)行文件的大小隨最終所依賴的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)庫的數(shù)量增加而減小。
從實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，最理想的是 半靜態(tài)鏈接方式，因?yàn)樵摲绞侥軌蛟诒苊鈶?yīng)用程序于
不同 Linux 版本間標(biāo)準(zhǔn)庫依賴不兼容的問題發(fā)生的同時(shí)，使最終生成的可執(zhí)行文件大小最小化。

示例鏈接選項(xiàng)中所涉及命令（引用 GCC 原文）：

-llibrary
-l library：指定所需要的額外庫
-Ldir：指定庫搜索路徑
-static：靜態(tài)鏈接所有庫
-static-libgcc：靜態(tài)鏈接 gcc 庫
-static-libstdc++：靜態(tài)鏈接 c++ 庫
關(guān)于上述命令的詳細(xì)說明，請參閱 GCC 技術(shù)手冊

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Linux 下靜態(tài)庫（archive）的制作方式：

涉及命令：ar

ar 簡介：處理創(chuàng)建、修改、提取靜態(tài)庫的操作

涉及選項(xiàng)：
t - 顯示靜態(tài)庫的內(nèi)容
r[ab][f][u] - 更新或增加新文件到靜態(tài)庫中
[s] - 創(chuàng)建文檔索引
ar -M [<mri-script] - 使用 ar 腳本處理
其他詳細(xì)說明請參閱 man 說明。

示例情景：

假設(shè)現(xiàn)有如 圖 7所示兩個(gè)庫文件

從 圖 7中可以得知，CdtLog.a 只包含 CdtLog.o 一個(gè)對象文件 , 而 xml.a 包含 TXmlParser.o 和 xmlparser.o 兩個(gè)對象文件
現(xiàn)將 CdtLog.o 提取出來，然后通過 圖 8方式創(chuàng)建一個(gè)新的靜態(tài)庫 demo.a，可以看出，demo.a 包含的是 CdtLog.o 以及 xml.a，
而不是我們所預(yù)期的 CdtLog.o,TXmlParser.o 和 xmlparser.o。這正是區(qū)別于 Windows 下靜態(tài)庫的制作。

這樣的 demo.a 當(dāng)被鏈接入某個(gè)工程時(shí)，所有在 TXmlParser.o 和 xmlparser.o 定義的符號(hào)都不會(huì)被發(fā)現(xiàn)，從而會(huì)導(dǎo)致鏈接錯(cuò)誤，
提示無法找到對應(yīng)的符號(hào)。顯然，通過圖 8 方式創(chuàng)建 Linux 靜態(tài)庫是不正確的。

正確的方式有兩種：

1. 將所有靜態(tài)庫中包含的對象文件提取出來然后重新打包成新的靜態(tài)庫文件。
   
   
2. 用一種更加靈活的方式創(chuàng)建新的靜態(tài)庫文件：ar 腳本。
   
   

顯然，方式 1 是比較麻煩的，因?yàn)樯婕暗教嗟奈募幚?，可能還要通過不斷創(chuàng)建臨時(shí)目錄用于保存中間文件。
推薦使用如 清單 2 createlib.sh所示的 ar 腳本方式進(jìn)行創(chuàng)建：

				
 rm demo.a 
 rm ar.mac 
 echo CREATE demo.a > ar.mac 
 echo SAVE >> ar.mac 
 echo END >> ar.mac 
 ar -M < ar.mac 
 ar -q demo.a CdtLog.o 
 echo OPEN demo.a > ar.mac 
 echo ADDLIB xml.a >> ar.mac 
 echo SAVE >> ar.mac 
 echo END >> ar.mac 
 ar -M < ar.mac 
 rm ar.mac 
   

如果想在 Linux makefile 中使用 ar 腳本方式進(jìn)行靜態(tài)庫的創(chuàng)建，可以編寫如 清單 3 BUILD_LIBRARY所示的代碼：

				
 define BUILD_LIBRARY 
 $(if $(wildcard $@),@$(RM) $@) 
 $(if $(wildcard ar.mac),@$(RM) ar.mac) 
 $(if $(filter %.a, $^), 
 @echo CREATE $@ > ar.mac 
 @echo SAVE >> ar.mac 
 @echo END >> ar.mac 
 @$(AR) -M < ar.mac 
 ) 
 $(if $(filter %.o,$^),@$(AR) -q $@ $(filter %.o, $^)) 
 $(if $(filter %.a, $^), 
 @echo OPEN $@ > ar.mac 
 $(foreach LIB, $(filter %.a, $^), 
 @echo ADDLIB $(LIB) >> ar.mac 
 ) 
 @echo SAVE >> ar.mac 
 @echo END >> ar.mac 
 @$(AR) -M < ar.mac 
 @$(RM) ar.mac 
 ) 
 endef 

 $(TargetDir)/$(TargetFileName):$(OBJS) 
    $(BUILD_LIBRARY) 
   

通過 圖 9，我們可以看到，用這種方式產(chǎn)生的 demo.a 才是我們想要的結(jié)果。

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Linux 靜態(tài)庫鏈接順序問題及解決方法：

正如 GCC 手冊中提到的那樣：
It makes a difference where in the command you write this option; the linker
searches and processes libraries and object files in the order they are specified.
Thus, ‘ foo.o -lz bar.o ’ searches library ‘ z ’ after file ‘ foo.o ’ but before
‘ bar.o ’ . If ‘ bar.o ’ refers to functions in ‘ z ’ , those functions may not be loaded.

為了解決這種庫鏈接順序問題，我們需要增加一些鏈接選項(xiàng) :

$(CXX) $(LINKFLAGS) $(OBJS) -Xlinker "-(" $(LIBS) -Xlinker "-)" -o $@

通過將所有需要被鏈接的靜態(tài)庫放入 -Xlinker "-(" 與 -Xlinker "-)" 之間，可以是 g++ 鏈接過程中， 自動(dòng)循環(huán)鏈接所有靜態(tài)庫，從而解決了原本的鏈接順序問題。

涉及鏈接選項(xiàng)：-Xlinker

-Xlinker option
Pass option as an option to the linker. You can use this to supply system-specific
linker options which GCC does not know how to recognize.

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小結(jié)

本文介紹了 Linux 下三種標(biāo)準(zhǔn)庫鏈接的方式及各自利弊，同時(shí)還介紹了 Linux 下靜態(tài)庫的制作及使用方法，相信能夠給 大多數(shù)需要部署 Linux 應(yīng)用程序和編寫 Linux Makefile 的工程師提供有用的幫助。