本章重點：

動靜態庫的制作，使用和查找

可執行程序ELF格式

可執行程序的加載過程

虛擬地址空間和動態庫加載的過程

---

動靜態庫的制作，使用和查找

? 1.在了解庫的制作之前，我們首先需要知道什么是庫。庫是寫好的現有的，成熟的，可以反復復用的代碼。有了庫我們只需要有頭文件和知道對應的調用方法就可以使用庫中的函數，不需要每次都造輪子手撕，我們平時使用的c/c++標準庫都是這樣封裝的庫，然后將頭文件暴露出來給用戶調用。

? 2.本質上來說庫是一種可執行代碼的二進制形式，可以被操作系統載入內存執行。庫分為靜態庫 .a[Linux]、.lib[windows]，和動態庫.so[Linux]、.dll[windows]。

? 3.靜態庫：靜態庫（.a）：程序在編譯鏈接的時候把庫的代碼鏈接到可執??件中，程序運?的時候將不再需要靜態庫，靜態庫可以理解為多個.o文件的集合。?個可執?程序可能?到許多的庫，這些庫運?有的是靜態庫，有的是動態庫，?我們的編譯默認為動態鏈接庫，只有在該庫下找不到動態.so的時候才會采?同名靜態庫。我們也可以使? gcc的 -static 強轉設置鏈接靜態庫。

? 這里使用之前在基礎IO文章中寫的mylib.c和mylib.h來封裝一個靜態庫。

? 需要先構造一個makefile文件幫助我們快速構造靜態庫，這里先用 ar 工具將 mylib.o 添加到libmylib.a 中，ar是gnu的一個歸檔工具，用于創建、修改、提取 .a 靜態庫文件。rc表示replace和create，表示如果這個庫存在就替換，不存在就創建它。

? 此時我們并沒有.o文件，所以還需要將.c文件編譯生成.o文件,%.o:%.c,這是一個通配規則,意思是：讓所有的 .c文件可以對應生成 .o 文件，此處只有一個.c文件，但是靜態庫可以由多個.o文件鏈接形成。

? 然后編寫一個清理指令即可。

? 執行make指令我們就得到了一個靜態鏈接庫

? 那么如何使用靜態鏈接庫呢？我們只需要在需要調用靜態庫函數的文件包含對應的頭文件，然后編譯的時候帶對應的庫即可，這里又有三種方法鏈接庫：

? (1)庫文件和頭文件都安裝在系統默認路徑，比如：頭文件在 /usr/include/，庫文件在 /usr/lib/ 或 /usr/lib64/

? (2)庫文件和源文件在同一目錄下，直接使用指令g++?-o main?main.c. -L. -lmylib，-L告訴編譯器在當前目錄下尋找庫，-l鏈接名為libmylib.a的靜態庫

? (3)頭文件和庫文件分別在獨立目錄,此時mylib.h文件在Include文件中，libmylib.a在lib文件中，使用指令g++ -o main -main.c -Iinclude -Llib -lmylib,需要使用-I指定頭文件路徑，-L指定庫的路徑，-l指定連接哪個庫

? 注意形成執行程序以后即使刪除libmylib.a也可以正常運行可執行程序，因為靜態庫已經連接到可執行程序的內部了，所以我們可以看到的是此時的可執行程序會變得很大。

? 這里我們還可以在makefile內部使用指令將生成的靜態庫進行打包壓縮然后發送給別人使用，此時只需要解壓然后使用第三種方法也就是頭文件和庫文件分別在不同目錄就可以鏈接庫了。

? 所以我們完整的發布流程就是：先將.o文件鏈接成靜態庫，然后打包壓縮頭文件和靜態庫

? 4.動態庫：程序在運?的時候才去鏈接動態庫的代碼，多個程序共享使?庫的代碼。 ?個與動態庫鏈接的可執??件僅僅包含它?到的函數??地址的?個表，?不是外部函數所在?標?件的整個機器碼。在可執??件開始運?以前，外部函數的機器碼由操作系統從磁盤上的該動態庫中復制到內存中，這個過程稱為動態鏈接（dynamic linking） 。動態庫可以在多個程序間共享，所以動態鏈接使得可執??件更?，節省了磁盤空間。操作系統采?虛擬內存機制允許物理內存中的?份動態庫被要?到該庫的所有進程共?，節省了內存和磁盤空間。

? 動態庫的生成過程與靜態庫類似，不一樣的是生成庫的指令以及生成.o文件的指令，shared: 表??成共享庫格式，fPIC：產?位置?關碼(position independent code) ，庫名規則：libxxx.s。

g++ -fPIC -c mylib.cpp -o mylib.o ? # 先編譯為位置無關的目標文件
g++ -shared -o libmylib.so mylib.o ?# 再鏈接為共享庫

? 動態庫的使用方法也有三種：

? (1)頭?件和庫?件安裝到系統路徑下,使用命令g++ main.c -lmylib即可鏈接動態庫

（2)頭文件與庫文件與源文件同目錄，使用命令g++ main.c -L. -lmylib

? (3)頭文件與庫文件分別有獨立的路徑，使用命令g++ main.c -Iinclude -Llib -lmylib,注意當前lib路徑下如果有同名動態庫和靜態庫優先會鏈接動態庫。

? 可以使用ldd 來查看鏈接了哪些庫，此時發現確實是鏈接了我們的動態庫

? 但是運行的時候發現報錯了，這是因為程序在運行時找不到共享庫 libmylib.so，因為Linux 默認只在系統路徑（如 /lib, /usr/lib）下查找共享庫，不會自動查找 -L 指定的路徑！

? 這里有三種方法可以解決，(1)拷貝.so文件到系統共享庫的路徑下 (2)向系統共享庫路徑下建立同名的軟連接 (3)更改環境變量 這里使用方法三來演示：

? 這樣就可以增加系統查找共享庫的路徑了。需要注意的是前面兩種方法操作以后都需要使用sudo ldconfig來更新系統共享庫的索引。

可執行程序ELF格式

? 在Linux之中有四種文件都是ELF格式的文件，有xxx.o文件，xxx.so文件，xxx可執行文件以及內核轉儲文件。一個ELF格式的文件由四個部分組成：

? (1)ELF頭：描述文件的主要特性，其文件的開始位置，它的最主要目的是定位文件的其他部分。

? (2)程序表頭：??列舉了所有有效的段(segments)和他們的屬性。表?記著每個段的開始的位置和位移（offset）、?度，畢竟這些段，都是緊密的放在?進制?件中，需要段表的描述信息，才能把他們每個段分割開。

? (3)節頭表(Section header table) ：包含對節(sections)的描述。

? (4)節（Section ）：ELF?件中的基本組成單位，包含了特定類型的數據。ELF?件的各種信息和 數據都存儲在不同的節中，如代碼節存儲了可執?代碼，數據節存儲了全局變量和靜態數據等。

可執行程序的加載過程

? ELF形成可執行程序分為以下兩部：(1)將多份c/c++源代碼翻譯成為.o文件 (2)將多份.o文件的section進行合并。

? 所以鏈接其實就像將一個個的相同屬性的section進行合并。

虛擬地址空間和動態庫加載的過程

? 一個可執行程序在加載到內存之前有沒有地址?進程mm_struct、vm_area_struct在進程剛剛創建的時候，初始化數據從哪?來的?個ELF程序，在沒有被加載到內存的時候,本來就有地址，當代計算機?作的時候，都采?"平坦模式"進??作。所以也要求ELF對??的代碼和數據進?統?編址，下?是 objdump -S 反匯編之后的代碼

? 左側的就是ELF的虛擬地址，其實，嚴格意義上應該叫做邏輯地址(起始地址+偏移量), 但是我們認為起始地址是0.也就是說，其實虛擬地址在我們的程序還沒有加載到內存的時候，就已經把可執?程序進?統?編址了.

? 進程mm_struct、vm_area_struct在進程剛剛創建的時候，初始化數據從哪?來的？從ELF各個 segment來，每個segment有??的起始地址和??的?度，?來初始化內核結構中的[start, end]等范圍數據，另外在?詳細地址，填充?表。

? 所以虛擬地址空間是cpu/編譯器/OS協調操作下的共同產物。