如何做网站标题不含关键词的排名,制作网页首页教程,wordpress预解析,wordpress 写博客插件文章目录 动静态库基础认知动静态库基本概念静态库的制作库的概念包的概念 静态库的使用第三方库小结 动态库的制作动态库的使用动态库如何找到内容#xff1f;小结 动态库加载库和程序都要加载可执行程序的地址问题地址问题逻辑地址和平坦模式绝对编址和相对编址与位置无关码… 文章目录 动静态库基础认知动静态库基本概念静态库的制作库的概念包的概念 静态库的使用第三方库小结 动态库的制作动态库的使用动态库如何找到内容小结 动态库加载库和程序都要加载可执行程序的地址问题地址问题逻辑地址和平坦模式绝对编址和相对编址与位置无关码 本篇要谈论的内容是关于动静态库的问题具体的逻辑框架是建立在库的制作库的使用和库的原理来展开基于上述的三个模块来对动静态库有一个较为清楚的认知
动静态库基础认知
在前面的学习中知道在用户写完代码后想要将写完的代码转换成可以执行的可执行程序过程是一个相当复杂的过程那么在这段过程中要处理的过程基本有例如预处理编译汇编链接可执行程序而在学习编译工具gcc的时候又提到过在代码进行链接的过程中系统必须要提供对应的动静态库因此就引入了动静态库的概念
所谓动态链接就是让程序和库产生这种地址性的关联而静态库就是把目标的库文件直接拷贝到对应的可执行程序当中
动静态库基本概念
对于静态库第一步要先引入的是静态库的原理静态库就是在进行编译链接的过程中把静态库中所包含的代码都拷贝到可执行程序中之后在可执行程序的运转就不需要静态库了
对于动态库原理是在程序运行的时候才会链接动态库的代码多个程序会共享使用库的代码而一个与动态库链接的可执行文件只有一个函数入口地址的表而不是整个文件的内容上述是关于动态库的基本原理关于这些内容后面就进行一个一个的解析
静态库的制作
首先创建出对应的文件这里假设要实现一个计算器那么实现对应的函数声明和实现过程 再创建一个对应的测试函数
#include Add.h
#include Sub.h
#include Mul.h
#include Div.hint main()
{int a 10;int b 20;printf(%d %d %d\n, a, b, Add(a, b));printf(%d - %d %d\n, a, b, Sub(a, b));printf(%d * %d %d\n, a, b, Mul(a, b));return 0;
}那么现在准备工作就完成了下面的问题是我想要编译生成一个可执行程序应该输入什么指令呢
gcc -o test.exe test.c Add.c Sub.c Mul.c Div.c这样就完成了编译生成了一个可以被运行的可执行文件那么下面对于上面的现象提出一些问题
1. 为什么在编译的时候不带头文件
因为头文件所属的位置就在当前路径下编译器是直接可以找到的如果头文件对应的查找路径是在当前目录或者是指定的目录是不需要写在编译选项中的
2. 上面的步骤是否每一步都需要
这个问题问法很奇怪怎么说是每一步都需要假设现在要生成的是一个可执行程序其实根本不太需要把源文件全部编译生成一个可执行文件因为这样的过程需要经过预处理编译汇编链接等等而实际上在编译这样的多文件项目的过程中只需要把源文件都编译为.o后缀的文件再将这些文件进行链接形成一个可执行文件这是被倡议的一种链接方式
库的概念
这也就是在任何项目中都会存在这样的文件的原因在进行编译生成可执行文件的过程中如果是直接将已经生成的这些.o后缀的文件进行一定的链接组合就能生成可执行程序
基于上面的原因我们重新进行一次编译这次按照上述的过程生成对应的.o文件即可为了方便后续进行其他的使用写一个Makefile来自动进行编译比较好
%.o:%.cgcc -c $Test:Add.o Sub.o Mul.o Div.o test.ogcc -o $ $^.PHONY:clean
clean:rm -rf *.o Test那么上面就是实现了Makefile但是和前面写的不太一样这个Makefile是直接将这些.o后缀的文件生成了一个可执行程序所以现在就要先生成这样的.o后缀的文件借助gcc编译工具就可以生成之后就可以运行出结果了
这里补充一点上面写的这个语句%.c的意义就是类似于一种通配符因为后续生成test可执行文件是依赖于.o文件的但是它们都不存在那么此时就需要根据依赖关系来进行推导而在推导的过程中当Makefile在进行被编译的时候就会把%.c全部展开之后就会进行不断的推导展开成四个gcc的编译方式语句而这里的$表示的是把文件依赖列表中的内容一个一个的传递到下面的命令中最后连起来就能解析成对应的内容了
那么现在的问题是如果源文件已经不需要了而是只需要这些.o为后缀的文件也就是说把这些文件进行打包作为一个库而把这个包交给使用者后使用者就只需要写出自己的.c文件再编译成.o文件就能和我刚才打包好的包直接进行链接就省去了前面的很多步骤像这样的过程就是前面所述的核心观点基于这样的原因现在当前的主要任务就是生成一个库
那么就对Makefile进行改造改造的核心思路就是基于上述的这一系列原理将文件编译成.o文件再将文件整合到一个固定的地方这就是库的概念
包的概念
上面的思路原理存在下面的一个问题是直接把.o文件存到一个固定的位置显然是不太合适的方式如果此时有几百个文件呢如果也是一个一个的进行转移那么可能会有所遗漏这都是不被建议和允许的基于这样的原因有了打包的概念
ar指令
ar -rc $ $^上述就是在Linux中打包的指令ar命令就是把所有的源文件进行打包形成对应库文件的过程其中这个rc表示的是replace和create的意思表示的是如果不存在就创建存在就替换总之这样就可以形成一个完整的.a文件
下面要做的就是生成一个库文件库文件的生成也能放到Makefile中来写具体的书写过程如下
# 库的名字是mymath是个静态库
static-liblibmymath.a# 生成库需要Add.o Sub.o Mul.o Div.o实现方式是ar指令
$(static-lib):Add.o Sub.o Mul.o Div.oar -rc $ $^# 生成.o文件需要把.c文件按照下面的gcc编译选项一个一个生成($)
%.o:%.cgcc -c $# 建库
.PHONY:output
output:mkdir -p mymath_lib/includemkdir -p mymath_lib/libcp -f *.h mymath_lib/includecp -f *.a mymath_lib/lib# 清空内容
.PHONY:clean
clean:rm -rf *.o *.a mymath_lib上述的完整Makefile进行推导解析第一行表示这是一个静态库静态库的名字叫做mymath前面的lib和后面的.a都是前缀和后缀静态库真正的名字叫做mymath而后面对于这个静态库的生成方式有了一个定义静态库的生成依赖的是后面的四个.o文件而具体的生成方式是ar指令那么此时Makefile就会进行推导Makefile现在需要.o文件但是现在没有所以在后面就提到了生成.o文件的过程是利用.c文件来生成的这样就完成了Makefile的过程后面的两个操作就是建库和清除的过程
执行结果如下 这样就完成了一个静态库那么接下来要进入的问题是库的使用问题
静态库的使用
进入这个话题就意味着现在我们已经有了静态库但是这个库怎么用呢
朴素做法
现在已经有了库别人给我提供了这些方法我该如何使用所以就用到了这些头文件提供的函数但是现在如果直接编译会发现根本编译不过去说明就现在而言还是不可行的 原因在于什么呢从报错信息来看找不到这里对应的头文件原因在于这些库文件都是被保护起来的现在在本地编写之后的代码是无法找到对应的内容说明现在还得想办法把这些库文件都让编译工具能够找见才可以那么就把头文件都放到代码所在的目录中再进行编译 此时报错信息是没有定义说明现在已经找到对应的头文件了但是没有找到定义头文件的地方这个就叫做链接报错那我写的这个库为什么用不了呢
第三方库
对于我们自己写的库函数都叫做第三方库而gcc不认识第三方库哪怕是就在当前路径下也依旧不认识这个第三方库因此就引出了要链接库的概念所以就要引出一个选项大I
-I 选项表示的意义是link也就是链接指定的一个库也就是说告诉编译器你在进行编译的时候要使用这个库所以执行下面的指令
gcc test.c -I mymath_lib/include/ -l mymath -L mymath_lib/lib上面这一串是很长的指令但是不急一点一点的分析
首先是要进行编译的对象是test.c后面的这个选项表示的是新增头文件的搜索路径后面紧跟着的就是头文件的搜索路径而后面的小l表示的是指明链接的库名称而大L表示的是新增库文件的搜索路径基于上面这么一长串的选项就能最终编译出来我们想要的结果事实上也确实生成了这说明我们的静态库已经使用成功了
之前我们使用的C标准库从来不需要指定而此时为什么这里就需要指定了呢因为这里我们自己实现的叫做第三方库而gcc是专门用来处理C语言的编译工具所以在进行编译的时候会直接到指定的路径下去寻找gcc已经认识了C语言提供的官方库而我们自己实现的第三方库它并不认识即使看见了也不认识需要我们主动的为gcc和自己写的库建立起合适的联系才能让他们之间认识编译器才能进行工作编译链接等等的后续操作最终生成一个可执行程序
因此得出的结论是未来我们把我们写的静态库提供给别人去使用只需要把对应的.h头文件和对应的.a文件交给别人就够了其中这个.a文件就是我们前面所说的.o文件的集合
那么下一个问题是当使用ldd指令去查看依赖关系的时候却发现一个问题 问题是我们生成的这个a.out并不依赖我们写的库文件这是因为在默认的情况下可执行程序都是动态链接因此ldd指令只能查询动态库而静态库在编译期间就已经被拷贝到可执行程序当中了因此也就查不到对应的信息静态库是无法检查的
这里引出一个结论gcc默认采取的是动态链接但是对于个别库来说如果你只提供.a的方式那编译器也无能为力只会把内容局部性的作为静态链接而其他库则采取的是正常的的动态链接如果带有 -static选项那就必须要采取静态链接的方式了
所以说在使用gcc进行编译的时候如果这个程序依赖10个库那么gcc就会尽量的把这10个库对应的.so文件都拿到但是如果没有动态库也没关系还可以去拿静态库
小结
加入现在需要某个库我们从网上去下载得到了库下一步应该安装库那如何安装库实际上就是把对应的头文件和库文件都安装到系统当中怎么安装到系统本质上就是把对应的文件安装到usr路径下的include路径和lib路径下所以说安装的本质就是把头文件和库文件分别拷贝到系统的指定路径下只要拷贝到gcc的默认路径下那么gcc在进行搜索的过程就不是问题
动态库的制作
关于动态库如何制作呢其实也和静态库类似从原理上将和静态库都相同都是在源文件编译成.o文件后给这些个文件进行打包就形成了动态库区别是在形成对应的.o文件时需要带上一个fPIC的选项这个选项的意思是与位置无关码至于这个是什么意思在后续会有讲解这里只需要知道是这样的原理即可具体原因主要是因为动态库本身没有把内容拷贝到可执行程序当中去因此动态库和可执行程序之间只是地址方面的关联因此使用了动态链接后只是告诉了可执行程序你所需要的内容在哪里在哪一个文件的什么位置你需要的时候自己去找就可以那么这个过程就叫做动态链接所以在使用的时候只需要带上一个fPIC就可以了之后再对生成的.o文件进行打包使用的命令还是gcc命令生成一个.so的文件但是要带上-shared选项表示的这个文件我想要生成的是一个共享库也叫做是动态库
不管是在Linux中还是Windows中也好动态库是比较重要的形成动态库不需要额外的工具只需要gcc就可以帮助我们完成这个过程从这个角度也能看出形成动态库的方法直接内置到了编辑中但是静态库没有做出对应的内置这也就说明动态库的重要性那么下面对于Makefile进行对应的改造生成我们所需要的动态库
# 库的名字是mymath并且是个动态库
dy-liblibmymath.so# 动态库的生成方式是用gcc带上编译选项直接编译就可以
$(dy-lib):Add.o Div.o Mul.o Sub.ogcc -shared -o $ $^# 生成动态库所需要的.o文件需要依赖于.c文件生成并且也需要带上特殊选项表示的是与位置无关码
%.o:%.cgcc -fPIC -c $# 整体将生成的内容进行打包
.PHONY:output
output:mkdir -p mymath_lib_so/includemkdir -p mymath_lib_so/libcp -f *.h mymath_lib_so/includecp -f *.so mymath_lib_so/lib# 对部分内容做出清理
.PHONY:clean
clean:rm -rf *.o *.so mymath_lib_so动态库的使用
如果想对于这个动态库把它安装到系统中那么就需要放到指定的路径下那么现在我们先不对于它做出任何操作只是和静态库一样来尝试编译它结果是 事实上用静态库的编译方式来对动态库进行编译也成功了说明到现在为止和静态库比起来没有任何区别那么接下来接续 在运行程序的过程中失败了不过这也是可以预见的因为静态库相当于直接把内容拷贝进去了而动态库只是告诉你该去哪找而在运行的时候程序并不知道去哪找所以找不见这样的结果也是意料之内的
动态库和你的可执行程序是分离的是两个文件当执行程序的时候程序需要被加载到内存而库中的文件也要能够被系统找到也是要加载到内存中所以说动态链接的程序程序和库文件是分开的在进程进行加载的过程中程序库也要被找到并且加载只有程序库被加载了才能跑的起来动态链接非常依赖动态库
那么如何能找到对应的内容呢下面讨论的就是这个问题
动态库如何找到内容
1. 直接安装到系统中
这个是简单粗暴的方法当然也是简单可行的看下面的操作
把头文件放到系统中 把库文件放到系统中
此时运行程序就可以运行起来了因为进程在运行的过程中可以在默认路径下找到我们所需要的内容就能把这些内容加载到内存中供进程使用调度等等
如果把对应的文件从对应的库中删除那么就不能再使用了 2. 软链接的方式 建立链接后再进行编译运行也能正常运行出结果 说明这也是可行的同时查看ldd情况发现确实是存在链接情况 现在解除链接链接断开也就无法运行了 3. 通过环境变量的方式
这个方式也很好理解默认的寻找方式是到lib64下去寻找然而在这里可以通过修改环境变量使得环境变量中新增一个配置变量这样就能继续寻找了具体操作过程如下 但是环境变量的修改是临时的这样的修改只在当次生效当下次重新登陆就不存在了这是因为环境变量在每次登陆时都会由配置文件对其进行修饰所以最根本的方法其实是修改配置文件这样就能每次都修改成功环境变量
4. 修改配置文件
在Linux中动态库的配置文件的位置在 /etc/ld.so.conf.d/
那么修改的原理就是在这里新增一个文件在文件中写入我们需要的地址就可以了
具体操作展示如下 所以往后你自己需要使用动态库不管是用别人的还是你自己写的库文件如果运行是找不到那么这里就有四种做法
小结
如果同时同一组方法动静态库同时被提供那么默认使用的是动态库并且同一组库会提供动静态两种方式gcc默认使用的是动态库如果想使用静态库就带上-static选项
动态库加载
这是本篇探讨的最后一个问题也是基于上面的两个问题做出的一个原理剖析
静态库我们就不考虑加载了主要原因是因为静态库本身就已经被加载到了程序的内部所以没有过多的意义那么动态库加载有什么意义呢
在使用gcc进行编译的时候使用的选项是-c然后就会形成.o文件将这样的文件打包就形成了静态库动态库也是这样的原理只是在这之前多了一个叫做fPIC的选项这个东西叫做与位置无关码那么什么是与位置无关码该如何理解呢
库和程序都要加载
在了解它之前先要清楚的概念是现如今形成的一般的可执行程序的格式叫做elf文件也就是说给了一份源代码经过编译后会形成一个elf格式生成的这个二进制是有规则的格式是elf而对于可执行程序中的elf中会存在很多很多的内容比如包括有代码区全局数据区只读数据区等等同时也会生成一张表在这张表上会记录的是函数的具体位置我在这里调用的这个函数所在的位置是某个.so库里面的某个地址这样就把可执行程序中用到的全部方法都列到了这张表上最终达成的效果是把每一个库里面所用到的方法的地址都填进来使得最终可执行程序和库中的特定方法的地址产生了关联这样的过程就叫做动态链接
在经过了动态链接后就要进行加载也就是把可执行程序加载到内存中但是这不够前面也说到了库函数同样需要加载到内存中现在的可执行程序中只有库函数的地址但是却没有库函数的视线所以想要让程序真正运行起来需要的就是把程序所依赖的函数库也要加载进来虽然可能并不是要立刻加载进来但是当执行到这个代码语句的时候这个库必须存在可以让进程调用这个函数
在调用的过程时跳转到库内的对应位置调用后再返回到原来的位置之后就可以继续执行了因此我们说动态链接要加载的不止是自己与动态链接关联的库也要全部加载如果我们要链接的库本身不存在就会直接报错在程序加载期间加载器就会报错说不存在
可执行程序的地址问题
可执行程序在编译形成可执行文件后但是还没有加载到内存中对于这个单独的文件它有地址吗答案是有的这是因为当程序被编译之后所有的函数名变量名等等内容都不再会存在取而代之的是一个一个的地址从汇编代码的角度来讲每一步的跳转背后都是一个一个的地址比如当前在函数的内部定义了一个临时变量这个临时变量是在栈区存在的但是此时可执行程序中可并没有栈栈是在程序加载到内存中运行的时候才有栈区的概念但是不影响这个变量是在函数的内部形成的这也就意味着在形成变量的时候是通过寄存器为出发点再加上偏移量就可以进行访问所以最终函数名变量名都是地址了
在C/C程序中当调用取地址操作的时候实际上是在打印的时候地址数字直接把取地址变量名替换掉了所以就能看到对应的地址了包括函数也是这样所有的函数都是没有函数名的只有一个二进制的代码块只要找到代码块的位置就能从上往下进行执行了最后执行到return语句就返回了
地址问题
上面这个模块引出的观点是程序在编译好没有被加载到内存中的这个独立的过程中实际上在内部就已经有地址了只是这个地址需要考虑到另外一个问题就是在代码中是如何对于各个变量函数进行编址也就是说在编译的过程中是如何对这些内容编出对应的地址的呢理论依据就前面所说的虚拟地址空间的概念
虚拟地址空间不仅仅是操作系统的一种映射技术更重要的是虚拟地址空间是一套标准操作系统在内部要为进程创建地址代码区堆区栈区等等内容而在编译可执行程序的时候可以按照虚拟地址空间的方式来对可执行程序进行编译所以说在形成的代码区域的对应位置就会有各种各样的区这样就完成了编址的目的未来在对这部分内容进行加载的时候就相当于直接按照内存进行加载内存是这样的磁盘也是这样的加载的时候就更容易进行模块化的对应过程因此这个部分想要输出的观点是虚拟地址空间不仅仅是操作系统里面的概念更是在编译器编译的时候也要按照这样的规则来编译可执行程序这样才能在加载的时候进行从磁盘文件到内存的一种映射
因此基于上述的原理在可执行程序进行编制的时候函数对应的长度和起始地址都是已经确定好的对应的区间起始地址和长度也都是确定好的这些地址都是在加载到内存之前就已经全部确认好的得出的结论是我们所有的可执行程序在进行还没有加载到内存的时候我们的代码和数据其实已经具备了虚拟地址空间这样的概念
逻辑地址和平坦模式
上述的可执行程序已经有了虚拟地址那么对应在磁盘当中也应该有同样的一套地址只不过在磁盘中不叫做虚拟地址名字叫做逻辑地址而逻辑地址其实可以理解为是相对地址所谓相对地址就是基地址和偏移量组合起来的概念那么在这里所说的代码和数据都可以借助这样的原理在编译的时候都写好对应的位置就能进行快速的跳转把内容放置到磁盘中虽然这个程序还没有被用户所执行但是这个程序基本上应该是遵循什么样的逻辑思路已经被确定下来了
如何理解逻辑地址其实最简单的一种方法就是假定基地址是0那么对于32位的机器来说它的偏移量的取值范围就是从[0FFFFFFFF]这种起始偏移量为零的可执行程序的编址方式在Linux中就叫做平坦模式所以这里我们就引出了平坦模式的概念
所以程序是有代码区和数据区的本质上就是规定代码区的起始地址是什么偏移量是多少未来代码区的起始地址就会放到寄存器中数据区的起始地址是多少偏移量是多少每一个区域都会形成一个段每一个数据段里面的起始地址和偏移量都会采用这样的方式来进行定位最初的Linux使用了虚拟地址所以就规定了基地址就是零偏移量是多少是根据未来的不同情况来决定
不过对于现在来说基本上逻辑地址和虚拟地址的概念没什么太大的区别对于一个可执行程序在磁盘中所使用的地址叫做逻辑地址只不过这个逻辑地址采用的是起始地址为0偏移量是从0到全F的这样的一种方式进行编址这个就叫做逻辑地址
绝对编址和相对编址
计算机在对程序进行编址的过程中会有上面的两套编址方式这两种编址方式其实就是参考点的选择问题也很好理解这里不再过多赘述想得出的结论是如果采用绝对编址的方式当一个模块发生了变动其他的所有模块都会发生变动但是如果采取的是相对编址不管相对于参考的内容如何进行改变区域和区域之间的地址不会有任何变化只需要在对应的位置加上所谓的偏移量就足够了这就是想要输出的核心观点
与位置无关码
通过上述的这一系列过程就引出了与位置无关码的概念说白了就是与位置无关采用的是函数在库中的起始偏移量是多少未来这个库在内存中的什么位置加载到对应的位置函数的地址都不会改变这就是与位置无关
