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GCC创建和使用静态链接库(.a文件)

Linux 下的静态链接库是以.a结尾的二进制文件,它作为程序的一个模块,在链接期间被组合到程序中。和静态链接库相对的是动态链接库(.so文件),它在程序运行阶段被加载进内存。

制作链接库的目的是希望别人使用我们已经实现的功能,但又不希望别人看到我们的源代码,这对商业机构是非常友好的。

Linux 下静态链接库文件的命名规则为:

libxxx.a

xxx 表示库的名字。例如,libc.a、libm.a、libieee.a、libgcc.a 都是 Linux 系统自带的静态库。

GCC 生成静态链接库

1) 首先使用 gcc 命令把源文件编译为目标文件,也即.o文件:

gcc -c 源文件列表

-c选项表示只编译,不链接,我们已在《GCC -c选项》中进行了讲解。

2) 然后使用 ar 命令将.o文件打包成静态链接库,具体格式为:

ar rcs + 静态库文件的名字 + 目标文件列表

ar 是 Linux 的一个备份压缩命令,它可以将多个文件打包成一个备份文件(也叫归档文件),也可以从备份文件中提取成员文件。ar 命令最常见的用法是将目标文件打包为静态链接库。

对参数的说明:
  • 参数 r 用来替换库中已有的目标文件,或者加入新的目标文件。
  • 参数 c 表示创建一个库。不管库否存在,都将创建。 
  • 参数 s 用来创建目标文件索引,这在创建较大的库时能提高速度。

例如,下面的写法表示将目标文件 a.o、b.o 和 c.o 打包成一个静态库文件 libdemo.a:

ar rcs libdemo.a a.o b.o c.o

实例演示

在用户主目录(home 目录)下创建一个文件夹 test,将 test 作为整个项目的基础目录。在 test 目录中再创建四个源文件,分别是 add.c、sub.c、div.c 和 test.h。

add.c 实现两个数相加,代码展示如下:
#include “test.h”
int add(int a,int b)
{
    return a + b;
}
sub.c 实现两个数相减,代码展示如下:
#include “test.h”
int sub(int a,int b)
{
    return a - b;
}
div.c 实现两个函数相除,代码展示如下:
#include “test.h”
int div(int a,int b)
{
    return a / b;
}
还有一个 test.h 头文件,用来声明三个函数,代码展示如下:
#ifndef __TEST_H_
#define __TEST_H_

int add(int a,int b);
int sub(int a,int b);
int div(int a,int b);

#endif

接下来,我们就将以上代码制作成静态链接库。

首先将所有源文件都编译成目标文件:

gcc -c *.c

*.c表示所有以.c结尾的文件,也即所有的源文件。执行完该命令,会发现 test 目录中多了三个目标文件,分别是 add.o、sub.o 和 div.o。

然后把所有目标文件打包成静态库文件:

ar rcs libtest.a *.o

*.o表示所有以.o结尾的文件,也即所有的目标文件。执行完该命令,发现 test 目录中多了一个静态库文件 libtest.a,大功告成。

下面是完整的生成命令:
[c.biancheng.net ~]$ cd test
[c.biancheng.net test]$ gcc -c *.c
[c.biancheng.net test]$ ar rcs libtest.a *.o

GCC 使用静态链接库

使用静态链接库时,除了需要库文件本身,还需要对应的头文件:库文件包含了真正的函数代码,也即函数定义部分;头文件包含了函数的调用方法,也即函数声明部分。

为了使用上面生成的静态链接库 libtest.a,我们需要启用一个新的项目。在用户主目录(home 目录)中再创建一个文件夹 math,将 math 作为新项目的基础目录。

在比较规范的项目目录中,lib 文件夹一般用来存放库文件,include 文件夹一般用来存放头文件,src 文件夹一般用来存放源文件,bin 文件夹一般用来存放可执行文件。为了规范,我们将前面生成的 libtest.a 放到 math 目录下的 lib 文件夹,将 test.h 放到 math 目录下的 include 文件夹。

在 math 目录下再创建一个 src 文件夹,在 src 中再创建一个 main.c 源文件。

此时 math 目录中文件结构如下所示:
|-- include
|   `-- test.h
|-- lib
|   `-- libtest.a
`-- src
    `-- main.c

在 main.c 中,可以像下面这样使用 libtest.a 中的函数:
#include <stdio.h>
#include "test.h"  //必须引入头文件

int main(void)
{
    int m, n;
    printf("Input two numbers: ");
    scanf("%d %d", &m, &n);
    printf("%d+%d=%d\n", m, n, add(m, n));
    printf("%d-%d=%d\n", m, n, sub(m, n));
    printf("%d÷%d=%d\n", m, n, div(m, n));

    return 0;
}
在编译 main.c 的时候,我们需要使用-I(大写的字母i)选项指明头文件的包含路径,使用-L选项指明静态库的包含路径,使用-l(小写字母L)选项指明静态库的名字。所以,main.c 的完整编译命令为:

gcc src/main.c -I include/ -L lib/ -l test -o math.out

注意,使用-l选项指明静态库的名字时,既不需要lib前缀,也不需要.a后缀,只能写 test,GCC 会自动加上前缀和后缀。

打开 math 目录,发现多了一个 math.out 可执行文件,使用./math.out命令就可以运行 math.out 进行数学计算。

完整的使用命令如下所示:
[c.biancheng.net ~]$ cd math
[c.biancheng.net math]$ gcc src/main.c -I include/ -L lib/ -l test -o math.out
[c.biancheng.net math]$ ./math.out
Input two numbers: 27 9↙
27+9=36
27-9=18
27÷9=3

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