在Linux上用GCC创建共享库（Shared libraries with GCC on Linux）

英文原文：http://www.cprogramming.com/tutorial/shared-libraries-linux-gcc.html

         库是程序员必须的工具，它是已经编译过的代码。库通常提供通用的功能，例如链表和二叉树等数据结构，或者特定的功能，例如MySQL等数据库服务器访问接口。

         多数大型软件项目有多个部件组成，这些部件有可能在其它项目中用到，或者你只是想分离多个部件以便组织。当你有一个可重用或者逻辑上独立的函数集合，建立一个库使你不用总是复制代码到现在的项目然后重新编译，而且可以保持不同的模块的分离，修改其中一个不会影响其他模块。只要一个库被写好且测试过，就可以安全地重用。

         建立静态库是相当简单的，这里只讲如何建立共享库（动态库）。

         在开始之前，先看看从源代码到可执行程序这个过程中发生什么：

         1、C语言预处理：这个阶段，任何以#开头，例如#define和#include的行都会被处理，也就是宏替换和文件包含。

         2、编译：将预处理后的源代码转换成汇编代码，然后在转换成机器代码。

         3、链接：将objectfiles和库链接生成可执行程序。对于静态库，链接器把库本身放到最终的可执行程序中；而对于共享库，只是把对库的引用放到里面。

         4、装入：当我们执行程序的时候，检查程序对共享库的引用，将动态库映射到程序中。

第3和第4步是共享库比较神奇却也让人困惑的地方。

foo.h:

#ifndef foo_h__
#define foo_h__
extern void foo(void);
#endif  // foo_h__

foo.c:

#include <stdio.h>
void foo(void)
{
    puts("Hello, I'm a shared library");
}

main.c:

#include <stdio.h>
#include "foo.h"
int main(void)
{
    puts("This is a shared library test...");
    foo();
    return 0;
}

foo.h定义了我们的库的接口，一个函数foo()，foo.c是函数实现的地方。

本例子在路径 /home/username/foo

Step 1:编译不依赖于位置的代码

将库的源代码编译成位置无关的代码

$ gcc -c -Wall -Werror -fpic foo.c

Step 2: 由目标文件（object file）生成共享库

将库的名称定为 libfoo.so:

gcc -shared -o libfoo.so foo.o

Step 3: 链接共享库

先编译 main.c然后链接 libfoo，最终生成程序“test.”-lfoo选项是用来寻找libfoo.so的。 GCC 假定所有库以lib开头，以.so或者.a结尾（.so是代表共享库，.a代表归档或者静态链接库）。

$ gcc -Wall -o test main.c -lfoo
/usr/bin/ld: cannot find -lfoo
collect2: ld returned 1 exit status

告诉GCC去哪里找共享库

用–L选项，在此例中，共享库在当前目录，也就是/home/username/foo中

$ gcc -L/home/username/foo -Wall -o test main.c -lfoo

Step 4: 使共享库在程序运行时能用上。

$ ./test
./test: error while loading shared libraries: libfoo.so: cannot open shared object file: No such file or directory

因为没有将共享库libfoo.so放在标准目录，所以要给装入器（loader）点帮助。有几个选择：可以用环境变量LD_LIBRARY_PATH，或者rpath。先看看LD_LIBRARY_PATH。

Using LD_LIBRARY_PATH

$ echo $LD_LIBRARY_PATH

这个变量中什么也没有，我们将工作目录加到LD_LIBRARY_PATH中。

$ LD_LIBRARY_PATH=/home/username/foo:$LD_LIBRARY_PATH
$ ./test
./test: error while loading shared libraries: libfoo.so: cannot open shared object file: No such file or directory

虽然正在LD_LIBRARY_PATH这个目录中，但是没有export它。在Linux，如果没有export那些对环境变量的改变，它们的改变不会被子进程继承，所以装入器（loader）和test程序没有继承这些改变。好在，很容易解决这个问题：

$ export LD_LIBRARY_PATH=/home/username/foo:$LD_LIBRARY_PATH
$ ./test
This is a shared library test...
Hello, I'm a shared library

Good, it worked! LD_LIBRARY_PATH 用来测试共享库很方便，尤其是当我们没有系统管理员权限的时候。然而，exportLD_LIBRARY_PATH意味着有可能导致其他用到LD_LIBRARY_PATH的程序出问题。

Using rpath

现在试试rpath（首先清空LD_LIBRARY_PATH，以确保是rpath找到共享库）。rpath，也就是运行路径（run path），是在可执行程序中嵌入共享库位置的一种方式，而不是依赖于默认的位置或者环境变量。在链接的阶段，用“-Wl,-rpath=/home/username/foo” 选项，-WL给定链接器一些选项，这些选项以逗号分隔。

$ unset LD_LIBRARY_PATH
$ gcc -L/home/username/foo -Wl,-rpath=/home/username/foo -Wall -o test main.c -lfoo
$ ./test
This is a shared library test...
Hello, I'm a shared library

rpath很好用，因为每个程序可以设定独立的共享库位置，而不会像LD_LIBRARY_PATH那样影响其他程序。不过，rpath缺乏灵活性，它要求共享库安装到特定的路径，在系统配置时不灵活。

Using ldconfig to modify ld.so

如果想安装我们的库让任何系统登录用户可以使用，需要管理员权限，理由如下：首先，要把库放到标准位置，可能是/usr/lib或/usr/local/lib，普通用户没有写入权限；其次，要修改ld.so配置文件和缓存。以管理员登陆，执行以下命令：

$ cp /home/username/foo/libfoo.so /usr/lib
$ chmod 0755 /usr/lib/libfoo.so

现在，库文件在标准路径下，有着可以被任何人读取的权限。要告诉装入器它是可用的，于是更新缓存：

$ ldconfig

上面的命令会创造一个到共享库的链接，更新缓存。检测以下：

$ ldconfig -p | grep foo
libfoo.so (libc6) => /usr/lib/libfoo.so

可见我们的库已经安装好了。在用它之前，先清理LD_LIBRARY_PATH，以防万一：

$ unset LD_LIBRARY_PATH

重新链接我们的可执行程序，不需要–L选项，因为我们的库已经放在默认的位置，且不需要rpath选项：

$ gcc -Wall -o test main.c -lfoo

用ldd命令，看看test是否使用了我们的库：

$ ldd test | grep foo
libfoo.so => /usr/lib/libfoo.so (0x00a42000)

然后运行:

$ ./test
This is a shared library test...
Hello, I'm a shared library