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链接库

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本文介绍 Linux 上的**静态链接库** (一般为 `.a` 文件) 和**动态链接库** (一般为 `.so` 文件)。注意：这里的链接库是指包含了可执行二进制代码的库，并不是头文件 (Header file)、Python 库等。

总览

库 (Library)，是包含可重用代码和数据的模块。

构建链接库

下图给出了一般的可执行文件 (executable)、静态链接库 (static library)、动态链接库 (dynamic library) 的构建过程。

flowchart TD

source["源文件 (*.c, *.cpp)"] -->|编译| target["目标文件 (*.o)"]
header["头文件 (*.h)"] --- source
target -->|链接| executable["可执行文件 (ELF等)"]
target -->|ar rcs| staticlib["静态链接库 (*.a)"]
target -->|gcc -shared| dynamiclib["动态链接库 (*.a)"]

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使用链接库

下图给出了使用链接库的方式。

flowchart TD
source["源文件 (*.c, *.cpp)"] -->|编译| target["目标文件 (*.o)"]
header["头文件 (*.h)"] --- source
target --> linker["链接器"]
staticlib["**静态链接库** (链接步骤加入)"] --> linker
linker --> executable["可执行文件 (ELF等)"]
dynamiclib["**动态链接库** (运行时加载)"] --> executable

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源代码

对于 C 程序而言，链接库的源代码就是普通函数、变量之类，并无太多特殊要求。例如，创建并进入目录 lib，在 square.c 源文件中写一个函数 square：

int square(int x)
{
    return x * x;
}

对应的，需要在头文件 square.h 中加入这个函数的原型 (prototype)：

int square(int x);

以便其他使用链接库的程序知道如何使用这个函数 (即使这些程序不知道函数内部的实现)。

因为链接库不是完整的、可以独立运行的程序，因此不需要入口点 (比如 main 函数)。

静态链接库

静态链接库是在链接步骤就加入的链接库类型。

构建

首先按照正常方法编译得到 .o 文件：

gcc square.c -c -o square.o

然后使用 ar 程序创建静态链接库 libsquare.a：

ar rcs libsquare.a square.o

注意这里的 libsquare.a 是命名惯例：一般静态链接库的文件名需要为 lib<名称>.a。

到这里就完成了静态链接库的创建。

使用

另一个 C 程序 main.c 中使用了 square 函数，那么首先需要包含 square.h 头文件，这样才能知道这个函数的原型，然后就可以正常调用了。

#include <stdio.h>
#include "lib/square.h"

int main(void)
{
    int a;
    scanf("%d", &a);

    printf("%d^2 = %d\n", a, square(a));
    return 0;
}

下面的命令可以将这个程序直接编译 - 链接到可执行文件 main (也可以分开成单独的编译步骤、链接步骤)。

gcc main.c -L./lib -lsquare -o main

这里，-L./lib 表示要求链接器在 ./lib 中寻找链接库，-lsquare 表示需要链接 libsquare.a 这个静态链接库文件。

编译好之后，就可以正常使用了。由于静态链接库中的代码会被直接合并到链接产生的可执行文件 main 中，因此运行时不需要文件 libsquare.a。