Linux平台gcc和动态共享库的基础知识

对大多数不从事Linux平台C语言开发的人来说，GNU gcc的一套工具和Linux平台的共享库的使用还是十分陌生的，其实我也不太熟悉，姑且写点基础知识，权当做备忘吧。

一、GNU gcc的编译工具用法

我们先来写一个简单的C程序：hello.c

#include <stdio.h>

void print_hello() {
  printf("Hello World\n");
}

int main(int argc, char argv[]) {
  print_hello();
  return 0;
}

定义了一个print_hello函数，调用main函数打印Hello World。

如何编译它呢？

gcc -o hello -O2 hello.c

-o参数指定生成的可执行程序的文件名， -O2是优化级别。该命令会编译生成hello可执行程序，看看这个文件：ls -l hello

-rwxr-xr-x  1 robbin users 11939 2008-11-02 13:48 hello

有11KB大小。

看看他链接了哪些系统动态链接库，用ldd命令：

ldd hello

输出信息为：

libc.so.6 => /lib64/tls/libc.so.6 (0x0000002a9566d000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000002a95556000)

libc是C语言标准函数库，ld是动态链接器。

接着我们看看hello这个程序里面有哪些符号，用nm命令：

nm hello

输出：

00000000005008f8 A __bss_start
000000000040043c t call_gmon_start
......
00000000004004f0 T main
0000000000500658 d p.0
00000000004004e0 T print_hello
                 U puts@@GLIBC_2.2.5
0000000000400410 T _start

中间省略了一些，不过我们还是可以在符号表里面找到函数定义。

hello有11KB，体积偏大，去处符号表可以给它瘦身，我们用strip命令：

strip hello

然后再ls -l hello，输出为：

-rwxr-xr-x  1 webuser users 4464 2008-11-02 13:56 hello

只有4.4KB了，瘦身效果明显！ 不过这次符号表再也看不到了，nm hello，输出为：nm: hello: no symbols。

最后如果我们想从可执行程序里面提取出来一点什么文本信息的话，还可以用strings命令：

strings hello

输出信息为：

/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
SuSE
libc.so.6
puts
__libc_start_main
__gmon_start__
GLIBC_2.2.5
t fff
Hello World

友情提醒一下，如果你用Java写一个HelloWorld.java，编译以后你也可以用strings窥探一番。

二、动态共享库怎么使用

这次我们把hello.c拆开成为两个文件：hello.c和main.c。hello.c的代码是：

#include <stdio.h>

void print_hello() {
  printf("Hello World\n");
}

而main.c的代码是：

int main(int argc, char argv[]) {
  print_hello();
  return 0;
}

hello.c是我们的动态共享库，在hello.c里面我们声明和实现了各种公用的函数，最后main.c可以去调用这些公用函数。首先我们要把hello.c编译成为动态共享库：

gcc -o libhello.so -O2 -fPIC -shared hello.c 

-fPIC参数声明链接库的代码段是可以共享的，-shared参数声明编译为共享库。请注意这次我们编译的共享库的名字叫做libhello.so，这也是Linux共享库的一个命名的惯例了：后缀使用so，而名称使用libxxxx格式。

然后编译main.c的时候，我们需要更多的参数让gcc知道如何寻找共享库：

gcc -o main -O2 -L. -lhello main.c 

-L参数指定到哪个附加路径下面去寻找共享库，现在我们指定在当前目录下面寻找；
-l参数指定链接到哪个共享库上面，我们传的参数hello，那么gcc就会自动链接到libhello.so这个共享库上面(注意我们上面说的libXXXX.so命名规则)；
-I参数指定到哪个附加路径下面去寻找h文件，这个我们没有使用。

最后我们成功编译好了main，执行一下，报错：

引用

./main: error while loading shared libraries: libhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

找不到libhello.so这个共享库，怎么回事？这是因为libhello.so并不在操作系统默认的共享库的路径下面，我们可以临时指定一下链接路径：

export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH

这样就成功了。我们用ldd main看一下：

libhello.so => ./libhello.so (0x0000002a9566d000)
libc.so.6 => /lib64/tls/libc.so.6 (0x0000002a9576e000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000002a95556000)

这次main程序链接到了libhello.so这个共享库上面。

三、关于Linux的动态共享库的设置

可执行程序找不到要链接的动态共享库，这是Linux上面编译和运行程序很容易碰到的问题，通过上面的小例子，我们已经大致了解共享库的一点基本原理，接下来我们要探讨一下怎么设置程序寻找动态共享库的行为。

Linux操作系统上面的动态共享库大致分为三类：

1、操作系统级别的共享库和基础的系统工具库

比方说libc.so, libz.so, libpthread.so等等，这些系统库会被放在/lib和/usr/lib目录下面，如果是64位操作系统，还会有/lib64和/usr/lib64目录。如果操作系统带有图形界面，那么还会有/usr/X11R6/lib目录，如果是64位操作系统，还有/usr/X11R6/lib64目录。此外还可能有其他特定Linux版本的系统库目录。

这些系统库文件的完整和版本的正确，确保了Linux上面各种程序能够正常的运行。

2、应用程序级别的系统共享库

并非操作系统自带，但是可能被很多应用程序所共享的库，一般会被放在/usr/local/lib和/usr/local/lib64这两个目录下面。很多你自行编译安装的程序都会在编译的时候自动把/usr/local/lib加入gcc的-L参数，而在运行的时候自动到/usr/local/lib下面去寻找共享库。

以上两类的动态共享库，应用程序会自动寻找到他们，并不需要你额外的设置和担心。这是为什么呢？ 因为以上这些目录默认就被加入到动态链接程序的搜索路径里面了。Linux的系统共享库搜索路径定义在/etc/ld.so.conf这个配置文件里面。这个文件的内容格式大致如下：

/usr/X11R6/lib64
/usr/X11R6/lib
/usr/local/lib
/lib64
/lib
/usr/lib64
/usr/lib
/usr/local/lib64
/usr/local/ImageMagick/lib

假设我们自己编译安装的ImageMagick图形库在/usr/local/ImageMagick目录下面，并且希望其他应用程序都可以使用ImageMagick的动态共享库，那么我们只需要把/usr/local/ImageMagick/lib目录加入/etc/ld.so.conf文件里面，然后执行：ldconfig 命令即可。

ldcofig将搜索以上所有的目录，为共享库建立一个缓存文件/etc/ld.so.cache。为了确认ldconfig已经搜索到ImageMagick的库，我们可以用上面介绍的strings命令从ld.so.cache里面抽取文本信息来检查一下：

strings /etc/ld.so.cache | grep ImageMagick 

输出结果为：

/usr/local/ImageMagick/lib/libWand.so.10
/usr/local/ImageMagick/lib/libWand.so
/usr/local/ImageMagick/lib/libMagick.so.10
/usr/local/ImageMagick/lib/libMagick.so
/usr/local/ImageMagick/lib/libMagick++.so.10
/usr/local/ImageMagick/lib/libMagick++.so

已经成功了！

3、应用程序独享的动态共享库

有很多共享库只被特定的应用程序使用，那么就没有必要加入系统库路径，以免应用程序的共享库之间发生版本冲突。因此Linux还可以通过设置环境变量LD_LIBRARY_PATH来临时指定应用程序的共享库搜索路径，就像我们上面举的那个例子一样，我们可以在应用程序的启动脚本里面预先设置LD_LIBRARY_PATH，指定本应用程序附加的共享库搜索路径，从而让应用程序找到它。