静态库lib.a结构简介

原创于 2024-05-31 19:26:26 发布 · 1.8k 阅读

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静态库文件是使用打包工具ar将一个或者多个可重定位的目标文件组成一个静态库文件，也可以看做是多个可重定位的目标文件的一个简单包装文件。

1. 静态库的生成

假设我们要构建一个四则运算的而函数库

（1）其源代码如下：

[root@localhost liba]# cat add.c
int
add (int a, int b)
{
  return a + b;
}

[root@localhost liba]# cat sub.c
int
sub (int a, int b)
{
  return a - b;
}

[root@localhost liba]# cat mult.c
int
mult (int a, int b)
{
  return a * b;
}

[root@localhost liba]# cat div.c
int
div (int a, int b)
{
  int d = a / b;
  return d;
}

(2) 构建Makefile

[root@localhost liba]# cat Makefile
AR = ar
STATIC_LIB = ./libmath.a
DYNAMIC_LIB = ./libmath.so
objects = add.o sub.o mult.o div.o
pic_objects = add.o sub.o mult.o div.o

all: $(STATIC_LIB) $(DYNAMIC_LIB)

obj: $(objects)

$(objects): %.o: %.c
        $(CC) -c $(CFLAGS) $< -o $@

$(pic_objects): %.o: %.c
        $(CC) -c $(CFLAGS) -fpic $< -o $@

$(STATIC_LIB) : $(objects)
        $(AR) rcs $@ $^

$(DYNAMIC_LIB): $(pic_objects)
        $(CC) -shared -o $@ $^

clean:
        rm -f $(objects)
        rm -f $(STATIC_LIB) $(DYNAMIC_LIB)

(3) 编译生成libmath.a静态库文件

执行make all，生成libmath.a和libmath.so。

[root@localhost liba]# make all

2. 静态库文件的基本结构

静态库的结构在/usr/include/ar.h文件中描述了ar文件结构中的几个重要数据结构，从中可以分析出ar文件的结构主要包括两大部分：

（1）存档文件的魔数

存档文件的魔数（Magic Number）标识ARMAG，也可以看做是ar文件的首部，该首部是一个8字节的字符序列，其定义为：

#define ARMAG   "!<arch>\n"     /* String that begins an archive file.  */

魔数ARMAG的字节大小SARMAG，其值为整数值8，其定义为：

#define SARMAG  8               /* Size of that string.  */

（2）每个成员文件的相关信息

每个成员文件的信息包括也两部分：

A. 成员文件首部

使用struct ar_hdr结构体来描述该成员文件的基本信息，包括文件名称、日期、用户ID、组ID、文件存取属性、文件大小以及一个结构体结束标记。该结构体的定义如下：

#define ARFMAG  "`\n"           /* String in ar_fmag at end of each header.  */

struct ar_hdr
  {
    char ar_name[16];           /* Member file name, sometimes / terminated. */
    char ar_date[12];           /* File date, decimal seconds since Epoch.  */
    char ar_uid[6], ar_gid[6];  /* User and group IDs, in ASCII decimal.  */
    char ar_mode[8];            /* File mode, in ASCII octal.  */
    char ar_size[10];           /* File size, in ASCII decimal.  */
    char ar_fmag[2];            /* Always contains ARFMAG.  */
  };

B.成员文件的内容

如果ar文件是静态库，那么该部分内容就是构造这个静态库的可重定位目标文件（也就是我们常见的o文件）的内容。

图 1. 使用ar工具打包的静态库格式

3. 静态库文件的索引部分

如果在ar打包时使用-s参数，则在ar文件中会添加一个索引部分，索引部分的组织与其他成员文件的组织方式相同，索引成员文件首部中的ar_name的值为“/ ”。

也可以使用nm查看该索引内容。


[root@localhost liba]# nm --print-armap libmath.a

Archive index:
add in add.o
sub in sub.o
mult in mult.o
div in div.o

add.o:
00000000 T add

sub.o:
00000000 T sub

mult.o:
00000000 T mult

div.o:
00000000 T div

索引成员文件的内容一般包括：

（1）符号数量

（2）每个符号所在的成员文件在整个ar文件中的偏移量

（3）所有符号的名称列表

上述libmath.a文件的具体内容分析如下：