[转]使用makefile更新静态库文件

静态库文件也称为“文档文件”，它是一些 .o 文件的集合。在 Linux （ Unix ）中使用工具“ ar ”对它进行维护管理。它所包含的成员（ member ）就是若干 .o 文件。

1       库成员作为目标

一个静态库通常由多个成员（ .o 文件）组成。 静态库文件的成员可独立被作为一个规则的目标，将库成员作为目标时需要按照如下的格式来书写：

 

     ARCHIVE(MEMBER)

 

注意，这种书写方式只能出现在规则的目标和依赖文件中，不能出现在规则的命令行中！ 因为，绝大多数命令不能支持这种表示的语法，它们不能直接对库的成员进行操作。 这种表达式在规则的目标或者依赖中，它表示库“ ARCHIVE ”的成员“ MEMBER ”。含有这种表达方式规则的命令行只能是“ ar ”命令或者其它可以对库成员进行操作的命令。 例如：下边规则创建了库“ foolib ”，并将“ hack.o ”成员纳入到库：

 

foolib(hack.o) : hack.o

     ar cr foolib hack.o

 

实际上，这个规则实现对库的所有成员的更新，其过程使用了隐含规则来创建 .o 文件。另外需要注意工具“ ar ”的使用。

如果规则中需要同时指定一个库中的多个成员，可以将多个成员罗列在括号内，下边那样：

 

foolib(hack.o kludge.o)

 

它就等价于：

 

foolib(hack.o) foolib(kludge.o)

 

在描述的多个成员时也可以使用 shell 的通配符。例如：“ foolib(*.o) ”，它代表库文件“ foolib ”的所有 .o 成员。

2       静态库的更新

上一节已经讲述了规则中形如“ A(M) ”目标的含义，它表示规则的目标是静态库“ A ”的成员“ M ”。在 make 为这样一个目标搜索隐含规则时，对于满足“ (M) ”的隐含规则，同样也被认为是满足“ A(M) ”这个目标的隐含规则。

这样就出现了一个特殊的模式规则，它的目标模式是“ (%) ”。这个特殊的规则用来更新目标“ A(M) ”，规则将文件“ M ”拷贝到库“ A ”中，如果静态库文件“ A ”不存在，则会创建这个库文件。例如：如果一个目标为“ foo.a(bar.o) ”，那么规则将完成：首先使用隐含规则生成“ bar.o ”文件，之后将“ bar.o ”加入到库“ foo.a ”中。那么“ bar.o ”就作为库文件“ foo.a ”的一个成员（当然如果“ foo.a ”不存在，就会被创建件。此特殊规则的命令行一般都是“ ar ”命令）。

这个特殊的规则可以和其它的隐含规则一起构成一个隐含规则链。因此我们可以直接在命令行中执行“ make ‘ foo.a(bar.o) ’”（注意“ foo.a(bar.o) ”作为命令行选项，需要使用引号，否则 shell 会将“ ( ”作为特殊字符对待），只要当前目录下存在“ bar.c ”这个文件，就会执行如下命令：

 

cc -c bar.c -o bar.o

ar r foo.a bar.o

rm -f bar.o

 

我们注意到了“ bar.o ”时被作为中间过程文件处理的。参考 make 的隐含规则链 一节。需要说明的是，包含上述命令的规则，在规则的命令行中使用自动化变量“ $% ”来代替“ bar.o ”。参考 自动化变量 一小节

一个静态库（文档文件）中，其所有的成员名是不包含目录描述的。就是说对于静态库，当使用“ nm ”命令查看其成员时，能够获得的信息只是静态库所包含的成员（一系列 .o 文件，文件名中并没有包含目录）。不能得知静态库在创建时它的每一个成员所在的目录情况。但我们在 Makefile 中，采用“ A(M) ”格式的目标，书写建立（重建或者更新）静态库的规则时，可以指定它的成员来源于那个目录。就是说我们可以对它的成员使用完整路径的文件名进行说明。 Make 在处理这样一个目标“ foo.a(dir/file.o) ”时，可能会执行如下的命令：

 

ar r foo.a dir/file.o

 

和上边的例子类似，它是将指定目录下的 .o 文件纳入到库文件中，作为静态库的一个成员。 Makefile 中出现类似的目标时，隐含规则的命令行中可能就需要使用自动化变量“ %D ”和“ %F ”。

2.1        更新静态库的符号索引表

本小节的内容相对简单。前边提到过，静态库文件可以使用工具“ ar ”来创建、维护。当需要给静态库增建一个成员时（加入一个 .o 文件到静态库中），“ ar ”可以直接需要增加的 .o 文件拷贝到静态库中。这样直接拷贝可能存在一个问题。在使用这个库进行连接生成可执行文件时。“ ld ”却提示了错误，可能是：主程序使用了之前加入到库中的 .o 文件中定义的一个函数（全局变量），但连接程序却告诉你无法找到这个函数（或者变量）。

这个问题的原因就是：之前我们将编译完成的 .o 文件加入到库中，但是并没有更新库的符号表。连接程序进行连接时，在静态库的符号索引表中无法定位刚才加入的 .o 文件中定义的函数或者变量。如果需要让加入的所有 .o 文件中定义的函数（变量）有效，需要使用另外一个工具“ ranlib ”来对静态库的符号索引表进行更新。

我们所使用到的静态库（文档文件）中，存在这样一个特殊的成员，它的名字是“ __.SYMDEF ”。它包含了静态库中所有成员所定义的有效符号（函数名、变量名）。因此，当为库增加了一个成员时，相应的就需要更新成员“ __.SYMDEF ”，否则所增加的成员中定义的所有的符号将无法被连接程序定位。完成更新的命令是：

 

ranlib ARCHIVEFILE

 

通常在 Makefile 中我们可以这样来实现：

 

libfoo.a: libfoo.a(x.o) libfoo.a(y.o) ...

     ranlib libfoo.a

 

它所实现的是：更新静态库成员“ x.o ”和“ y.o ”之后，同时对静态库的成员“ __.SYMDEF ”进行更新（更新库的符号索引表）。

如果我们使用 GNU ar 工具来维护、管理静态库，我们就不需要考虑这一步。 GNU ar 本身已经提供了在创建库时同时更新符号索引表的功能（这是默认行为，我们也可以通过某些命令行选项来控制。大家可以参考 GNU ar 工具的 man 手册）。

3       make 静态库的注意事项

在 make 静态库（文档文件）时，特别需要注意的一点是： make 的并行执行 （执行 make 时使用“ -j ”选项）可能会给更新静态库所有影响。 因为，在同一时刻，当多个“ ar ”命令同时维护相同的静态库时，会造成静态库的损坏，甚至导致此静态库不可用。

可能在后期的 make 版本中，会提供一种在并行执行时防止同时多个“ ar ”命令对同一静态库的操作的机制。但是就目前的版本来说，这个问题是存在的。因此要求我们在书写 Makefile 时，加入控制策略，来避免 make 并发执行时多个“ ar ”命令同时操作同一个静态库文件。或者不使用 make 并发执行功能。

4       静态库的后缀规则

静态库的后缀规则属于后缀规则的特殊应用，后缀规则在目前版本的 GNU make 中已经使用模式规则替代。 但目前版本 make 同样支持旧风格的后缀规则，主要是为了兼容老版本的 make 。对于静态库也可以使用它的后缀规则。目标后缀需要是“ .a ”（在 Linux （ Unix ）中、静态库的后缀为 .a ）。例如这样一个后缀规则：

.c.a:

     $(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c $< -o $*.o

     $(AR) r $@ $*.o

     $(RM) $*.o

 

它相当于模式规则：

 

(%.o): %.c

      $(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) -c $< -o $*.o

      $(AR) r $@ $*.o

      $(RM) $*.o

 

对于老风格的后缀规则，它的目标是“ .a.c ”，当转换为模式规则时。后缀规则中的“ .a ”被作为模式规则的目标文件的后缀（目标文件就是 N.a ）；“ .c ”被作为了模式规则依赖文件的后缀（依赖文件就是 N.c ）。

存在这样一种情况：可能一个不是静态库的文件使用了后缀 .a 。那么 make 也会按照正常的方式静态库的后缀规则转换成为一个模式规则。因此一个双后缀规则的目标“ .x .a ”， make 转换时将会产生两个模式规则：“ (%.o): %.x ” 和“ %.a: %.x ”。具体的转换过程可参考 后缀规则 一节