GCC 静态库 动态库及地址

Linux下，gcc形成可执行程序的过程

gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

常见后缀和选项	功能
-E	gcc 在预处理结束后停止编译过程
-o	目标文件
.i	已经处理过的C原始程序
-S	选项只进行编译而不进行汇编,生成汇编代码。
-c	将汇编代码转化为.o的二进制目标文件
-E	只激活预处理，这个不生成文件，你需要把它重定向到一个输出文件里面
-S	编译到汇编语言不进行汇编和链接
-c	编译到目标代码
-o	文件输出到 文件
-static	此选项对生成的文件采用静态链接
-g	生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。
-shared	此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库。
-O0	编译器的优化选项之一，表示没有优化
-O1	编译器的优化选项之一，为缺省值
-O2	编译器的优化选项之一
-O3	编译器的优化选项之一，优化级别最高
-w	不生成任何警告信息。
-Wall	生成所有警告信息。
-std=c99	使用C99标准
-I（大i）	指定路径下去寻找头文件
-L	（lib）指定去该路径下寻找库文件
-l（小L）	指定库文件名称(去除前缀lib和后缀.a ，并且在-l后紧跟库名称 ，出了原生库，其他都要用-l指定)
ldd xx.out	查看链接方式（动态或者静态）
objdump -S obj.out	查看反汇编

gcc处理

1. 预处理（进行宏替换)

• 预处理功能主要包括宏定义,文件包 含,条件编译,去注释等。
• 预处理指令是以#号开头的代码行。
  gcc -E hello.c o hello.i

2. 编译（生成汇编)

• 在这个阶段中,gcc 首先要检査代 码的规范性、是否有语法错误等。以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后,gcc 把代码翻译成汇编语言。
  gcc-s hello.io hello.s

3. 汇编（生成机器可识别代码）

• 汇编阶段是把编译阶段生成 的“.s“文件转成目标文件。
  gcc-c hello.s -o hello.o

4. 连接

• 在成功编译之后，就进入了链接阶段。

• 可以寻找缺少的函数的具体实现，从库中或者从其他.obj文件。替换原来的CALL的“虚假”地址。

• 分为静态链接和动态链接。

• 动态链接使用动态链接库进行链接，生成的程序在执行的时候需要加载所必需的动态库才能运行。动态链接生成的程序体积较小，但是必需依赖所需的动态库，否则无法执行。

• 静态链接使用静态库进行链接，生成的程序包含程序运行所需要的全部库，可以直接运行，不过静态链接生成的程序体积较大。
  gcc hel1o.o -o hello

头文件和库文件的区别

1. 头文件（Header Files）

• 作用: 头文件通常包含函数的声明、类的定义、宏、全局变量的声明、模板以及其他编译时所需的信息。它们告诉编译器某些函数或类的存在，并提供接口说明。
• 扩展名: 头文件通常使用 .h 或 .hpp 扩展名。

2. 库文件（Library Files）

• 作用: 库文件包含函数、类等代码的实际实现。它们是在源代码编译后生成的二进制文件，供链接器在程序链接阶段使用。库文件提供了函数和类的实际执行代码。
• 扩展名:
  • 静态库: 通常使用 .lib（Windows）或 .a（Linux）扩展名。
  • 动态库: 通常使用 .dll（Windows），.so（Linux），或 .dylib（macOS）

静态库(.a)和动态库(.so)

一部分函数实现会在系统默认的搜索路径 “/usr/lib下的libc.so.6 的库文件中，并在链接的阶段被找到。

这些库文件又分为动态库和静态库。

静态库

• 静态库是指编译链接时,把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件比较大,但在运行时也就不再需要库文件了。

动态库

• 动态库在编译链接时，并没有把库文件的代码加入到可执行文件中,而是在程序执行时由运行时链接文件加载库,这样可以节省系统资源。后缀名一般为.a。

• 动态库在程序运行的时候，是要能被能被加载到内存的，所以它有x权限。并且如果多个程序都要用到这个动态库，这个动态库也只会被加载一次，故动态库也叫共享库（并且支持写实拷贝，例如多个进程更改动态库中的一些全局变量）。

• 动态库一般后缀名为.so,如前面所述的 libc.so.6 就是动态库。gcc 在编译时默认使用动态库，如果要使用静态库，要加上-static。

  • static是一种建议性选项，如果系统中只提供了静态库，那么gcc只能使用静态链接。

打包库

如果我们想把我们写的方法给别人使用，可以采用以下方法：

1. 直接提供源文件,让别人编译。
2. 将我们的源代码打包成为一个库。

打包静态库（以c语言为例）

原理：将.c文件编译为.p，然后将所有的.o文件打包。成一个.a的静态库，需要使用该库的时候，只需要包含进头文件(.h)，然后直接将其和.o文件连接即可。

lib = libmyprogram.a

${lib}: mymath.o
	ar -rc $@ $^

mymath.o: mymath.c
	gcc -c $<

.PHONY: clean
clean:
	rm -f *.o *.a

.PHONY: output
output:
	mkdir -p lib/include
	cp *.h lib/include

    

• ${lib} 是一个变量，之前在 Makefile 中定义为 lib=libmyprogram。这意味着 ${lib} 实际上等同于 libmyprogram。

• ar是gnu归档工具(用于生成静态库)，rc表示(replace and create)
  

打包动态库文件

gcc -shared -o libmymethod.so *.o：打包成为动态库。

-shared: 表示生成共享库格式。
-fPIC：产生位置无关码。(position independent code)（常用于将需要打包为动态库的.c文件使用）

库的安装链接和卸载

安装：使用软连接将我们第三方库文件映射到系统自己搜索的库路径下。以便系统可以找到和使用这些库。

链接：库安装完毕之后，只是让你的系统具备了使用该库的能力，而如果想要使用这个库，需要指定需要链接的库。如下：
g++ -o my_program my_program.cpp -ljsoncpp

卸载：将系统库路径下我们的第三方库文件删除。

动态库如何实现的共享？

基础概念：

• 逻辑地址（相对地址）：使用基地址+ 偏移量的方式形成的地址。

进程中动态库的地址

• 当动态库被加载到内存之后，链接器和加载器会把动态库内函数等信息的偏移量，填写到需要使用它的程序中。

  • -fPIC：产生位置无关码。也就是直接使用偏移量对库中函数进行编址。

• 并且，需要使用该动态库的进程，会在自己的页表的共享区内，记录动态库进程的基地址的映射

• 当运行的进程需要使用动态库内的函数等代码时，动态链接器（loader）会利用动态库加载时生成的重定位表和符号表来解析符号地址，即完成偏移量和基地址的计算。