库

C++库结构

定义C++库时，需要提供：interface、implementation

• 类库向用户提供了一组函数、数据类型，以实现 programming abstraction

• 类库像函数一样，提供了可用于降低复杂度的方法，但也需要 在建库时考虑更多细节，简化程度取决于接口设计的优劣

接口、实现

• 接口：允许库用户在不了解库实现细节的情况下使用库中库函数

  • 典型接口可提供多种定义、声明，称为interface entry
    • 函数声明
    • 类型定义
    • 常量定义

• 实现：说明库的底层实现细节

• C++接口通常写在.h头文件中，实现在同名.cpp文件

接口设计原则

• unified：统一性，接口必须按照统一主题来定义一致的抽象
• simple：简单性，接口必须向用户隐藏实现的复杂性
• sufficient：充分性，接口必须提供足够功能满足用户的需求
• general：通用性，良好设计的接口必须有高度适用性
• stable：稳定性，接口在函数底层实现改变时也要有不变的 结构、功能

使用

$ g++ -o a.out src.cpp -L /path/to/library -l lib_name
	// 动态、静态链接库均可
	// `-L`指定（额外）库文件搜索路径
$ g++ -o a.out src.cpp liblib_name.a
	// 静态链接库可以类似于`.o`文件使用

• 编译时使用指定链接库名只需要指定lib_name，编译器自动 解析为lib[lib_name].so

• gcc/ld为可执行文件链接库文件时搜索路径

  • /lib、/usr/lib64、/usr/lib、/usr/lib64
  • LIBRARY_PATH中包含的路径

Static Link Library

静态链接库.a/.lib：二进制.o中间目标文件的集合/压缩包

• 链接阶段被引用到静态链接库会和.o文件一起，链接打包到 可执行文件中
• 程序运行时不再依赖引用的静态链接库，移植方便、无需配置 依赖
• 相较于动态链接库浪费资源、空间
• 相较于.o二进制的文件，管理、查找、使用方便

生成静态链接库

• linux下使用ar、windows下使用lib.exe，即可将目标文件 压缩得到静态链接库

• 库中会对二进制文件进行编号、索引，以便于查找、检索

  $ g++ -c src.cpp src.o
  $ ar -crv libsrc.a src.o
  	// 生成静态库`libsrc.a`

• linux下静态库命名规范：lib[lib_name].a（必须遵守，因为 链接时按此规范反解析名称）

Dynamic Link Library

动态链接/共享库.so/.dll

• 动态链接库在程序链接时不会和二进制中间文件一起，被打包 进可执行文件中，而时在程序运行时才被 dynamic linker/loader载入

• 不同程序调用相同库，在内存中只需要该共享库一份实例，规避 空间浪费、实现资源共享

• 解决了静态库对程序更新、部署、发布的麻烦，可以通过仅仅 更新动态库实现增量更新

• 执行环境需要安装依赖、配置环境变量（或者是编译时指定依赖 搜索路径）

生成动态链接库

• 直接使用编译器即可创建动态库

  $ g++ -f PIC -c src.cpp -o src.o
  	# PIC: position independent code
  	# 创建地址无关的二进制目标文件w
  $ g++ -shared -nosname libsrc.so -o libsrc.so.1 src.o
  	# 生成动态链接库

• 动态链接库命名规则：lib[libname].so（必须按照此规则 命名，因为链接时按照此规则反解析库名称）

dynamic linker/loader

动态载入器：先于executable模块程序工作，并获得控制权

• 对于linux下elf格式可行程序，即为ld-linux.so*
• 按照一定顺序搜索需要动态链接库，定位、加载

搜索次序

ld-linux.so*依次搜索以下，定位动态链接库文件、载入内存

• elf文件的DT_RPATH段：链接/编译时指定的搜索 库文件的路径，存储在elf文件中

  • g++通过添加-Wl,rpath,、ld通过-rpath参数指定添加 的路径
  • 若没有指定rpath，环境变量LD_RUN_PATH中路径将被添加

  $ objdump -x elf_exe
  	# 查看elf文件的`DT_RPATH`
  $ g++ -Wl,-rpath,/path/to/lib
  	# 在g++命令中直接给出链接参数
  	# 也可以使用链接器`ld`链接时给出
  $ g++ -Wl,--enable-new-tags,-rpath,'$ORIGIN/../lib'
  	# 使用相对路径
  	# Makefile中使用时需要转义`$$ORIGIN/../lib`

• LD_LIBRARY_PATH环境变量

  • 优先级较高，可能会覆盖默认库，应该避免使用，会影响 所有动态链接库的查找
  • 不需要root权限，同时也是影响安全性

• /etc/ld.so.cache文件列表（其中包括所有动态链接库 文件路径）

  • /lib、/lib64、/usr/lib、/usr/lib64隐式 默认包含，优先级较低、且逐渐降低

  • 其由ldconfig根据/etc/ld.so.conf生成，库文件添加 进已有库路径、添加路径至/et/ld.so.conf后，需要通过 ldconfig更新缓存才能被找到

  • ldconfig具体参见linux/shell/cmd_sysctl

• 因为LD_LIBRARY_PATH的缺点，建议使用LD_RUN_PATH，在 链接时就指定动态库搜索路径