在Linux使⽤GCC编译C语⾔共享库
对任何程序员来说库都是必不可少的。所谓的库是指已经编译好的供你使⽤的代码。它们常常提供⼀些通⽤功能，例如链表和⼆叉树可以⽤来保存任何数据，或者是⼀个特定的功能例如⼀个数据库服务器的接⼝，就像MySQL。
⼤部分⼤型的软件项⽬都会包含若⼲组件，其中⼀些你发现可以⽤在其他项⽬中，⼜或者你仅仅出于组织⽬的将不同组件分离出来。当你有⼀套可复⽤的并且逻辑清晰的函数时，将其构建为⼀个库会⼗分有⽤，这样你就不将这些源代码拷贝到你的源代码中，⽽且每次都要再次编译它们。除此之外，你还可以保证你的程序各模块隔离，这样你修改其中⼀个模块时也不会影响到其他的模块。⼀旦你写好⼀个模块并且通过测试，你就可以⽆限次地安全地复⽤它，这可以节省⼤量时间和⿇烦。
构建静态库太简单了，对此我们⼏乎不会遇到什么问题。我不想说明如何构建静态库。在此我只讨论共享库，因为对⼤多数⼈来说它更加难懂。
在我们正式开始前，让我们列⼀下纲要来了解从源代码到运⾏程序之间发⽣了什么：
1. 预处理：这个阶段处理所有预处理指令。基本上就是源代码中所有以#开始的⾏，例如#define和#include。
2. 编译：⼀旦源⽂件预处理完毕，接下来就是编译。因为许多⼈提到编译时都是指整个程序构建过程，因此本步骤也称作“compilation
proper”。本步骤将.c⽂件转换为.o⽂件。
3. 连接：到这⼀步就该将你所有的对象⽂件和库串联起来使之成为最后的可运⾏程序。需要注意的是，静态库实际上已经植⼊到你的程
序中，⽽共享库，只是在程序中包含了对它们的引⽤。现在你有了⼀个完整的程序，随时可以运⾏。当你从shell中启动它，它就被传递给了加载器。
4. 加载：本步骤发⽣在你的程序启动时。⾸先程序需要被扫描以便引⽤共享库。程序中所有被发现的引⽤都⽴即⽣效，对应的库也被映
射到程序。
第3步和第4步就是共享库的奥秘所在。
现在，开始我们⼀个简单的⽰例。
foo.h:
#ifndef foo_h__
#define foo_h__
extern void foo(void);
#endif// foo_h__
foo.c:
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
puts("Hello, I'm a shared library");
}
main.c:
#include <stdio.h>
#include "foo.h"
int main(void)
{
puts("This is a shared ");
foo();
return0;
linux下gcc编译的四个步骤}
foo.h 定义了⼀个接⼝连接我们的库，⼀个简单的函数，foo()。foo.c包含了这个函数的实现，main.c是⼀个⽤到我们库的驱动程序。
为了更好的演⽰本例⼦，所有代码都放在/home/username/foo⽬录下。
Step 1: 编译⽆约束位代码
我们需要把我们库的源⽂件编译成⽆约束位代码。⽆约束位代码是存储在主内存中的机器码，执⾏的时候与绝对地址⽆关。
$ gcc -c -Wall -Werror -fpic foo.c
Step 2: 从⼀个对象⽂件创建共享库
现在让我们将对象⽂件变成共享库。我们将其命名为libfoo.so：
$ gcc -shared -o libfoo.so foo.o
Step 3: 连接共享库
如你所见，⼀切都很简单。我们现在有了⼀个共享库。现在我们编译我们的main.c并且将它连接到libfoo。我们将最终的运⾏程序命名为test。注意：-lfoo选项并不是搜寻foo.o，⽽是libfoo.so。GCC编译器会假定所有的库都是以lib开头，以.so或.a结尾（.so是指shared object共享对象或者shared libraries共享库，.a是指archive档案，或者静态连接库）。
$ gcc -Wall -o test main.c -lfoo
/usr/bin/ld: cannot find -lfoo
collect2: ld returned 1 exit status
告诉GCC去哪共享库
Uh-oh!连接器不知道该去哪⾥到libfoo。GCC有⼀个默认的搜索列表，但我们的⽬录并不在那个列表当中。我们需要告诉GCC去哪⾥到libfoo.so。这就要⽤到-L选项。在本例中，我们将使⽤当前⽬录/home/username/foo：
$ gcc -L/home/username/foo -Wall -o test main.c -lfoo
Step 4: 运⾏时使⽤库
好的，没有异常。让我们运⾏⼀下程序：
$ ./test
./test: error while loading shared libraries: libfoo.so: cannot open shared object file: No such file or directory
Oh no! 加载器不能到共享库。我们没有将它安装到标准位置，因此我们需要帮⼀帮加载器。我们有两个选项：使⽤环境变量
LD_LIBRARY_PATH或者rpath。让我们先看看LD_LIBRARY_PATH：
使⽤LD_LIBRARY_PATH
$ echo $LD_LIBRARY_PATH
⽬前什么都没有。现在把我们的⼯作⽬录添加到LD_LIBRARY_PATH中：
$ LD_LIBRARY_PATH=/home/username/foo:$LD_LIBRARY_PATH
$ ./test
./test: error while loading shared libraries: libfoo.so: cannot open shared object file: No such file or directory
为什么还报错？虽然我们的⽬录在LD_LIBRARY_PATH，但是我们还没有导出它。在Linux中，如果你不将修改导出到⼀个环境变量，这些修改是不会被⼦进程继承的。加载器和我们的测试程序没有继承我们所做的修改，不过放⼼，要修复这个问题很简单：
$ export LD_LIBRARY_PATH=/home/username/foo:$LD_LIBRARY_PATH
$ ./test
This is a shared
Hello, I'm a shared library
很好，运⾏正常！LD_LIBRARY_PATH很适合做快速测试，尤其是那些你没有管理员权限的系统。另⼀⽅⾯，导出LD_LIBRARY_PATH变量意味着可能会造成其他依赖LD_LIBRARY_PATH的程序出现问题，因此在做完测试后最好将LD_LIBRARY_PATH恢复成之前的样⼦。
使⽤rpath
现在让我们来试试rpath，⾸先需要清除LD_LIBRARY_PATH，确保我们是使⽤rpath来搜索库⽂件。Rpath，或者称为run path，是种可以将共享库位置嵌⼊程序中的⽅法，从⽽不⽤依赖于默认位置和环境变量。我们在连接环节使⽤rpath。注意“-Wl,-
rpath=/home/username/foo”选项。-Wl会发送以逗号分隔的选项到连接器，因此我们通过它发送-rpath选项到连接器。（译者按：逗号分隔符后⾯没有空格，⽽是紧跟需要发送的选项。本例中为-rpath。⼀定注意"-Wl,-rpath"之间没有空格。）
$ unset LD_LIBRARY_PATH
$ gcc -L/home/username/foo -Wl,-rpath=/home/username/foo -Wall -o test main.c -lfoo
$ ./test
This is a shared
Hello, I'm a shared library
⾮常好，奏效了。rpath⽅法⾮常棒，因为每个程序都可以单独罗列它⾃⼰的共享库位置，因此不同的程序不会再在错误的路径上搜索
LD_LIBRARY_PATH。
rpath和LD_LIBRARY_PATH
rpath也存在⼀些反作⽤⾯。⾸先，它要求共享库必须安装在⼀个固定的位置，这样所有的⽤户才可以在同⼀个位置访问到库。这就意味着在系统配置中不够灵活。其次，如果库涉及NFS挂载或者其他⽹络驱动，你在启动程序时会遇到延时或者更糟的情况。
使⽤ldconfig修改ld.so
如果我们想让系统上所有⽤户都可以使⽤我的库时该怎么办？对此，你需要管理员权限。缘由有⼆：⾸先，将库放到标准位置，很可能
是/usr/lib或者/usr/local/lib，这些地⽅普通⽤户是没有写的权限。其次，你需要修改ld.so配置⽂件并缓存。以root⾝份做⼀下操作：
$ cp /home/username/foo/libfoo.so /usr/lib
$ chmod0755 /usr/lib/libfoo.so
现在⽂件在标准位置，对所有⼈都可读。我们现在需要告诉加载器库⽂件可⽤，因此让我们更新⼀下缓存：
$ ldconfig
这将创建⼀个链接到我们的共享库，并且更新缓存以便它可⽴即⽣效。让我们再核实⼀下：
$ ldconfig -p | grep foo
libfoo.so (libc6) => /usr/lib/libfoo.so
现在我们的库安装好了，在我们开始测试它之前，我们⼀定要先清理⼀下其他东西：
以防万⼀，先清理⼀下LD_LIBRARY_PATH：
$ unset LD_LIBRARY_PATH
重新连接我们的可执⾏程序。注意：我们不需要-L选项，因为我们的库保存在默认位置，我们可以不⽤rpath选项：
$ gcc -Wall -o test main.c -lfoo
让我们确认⼀下我们将使⽤/usr/lib中我们库的实例，使⽤ldd命令：
$ ldd test | grep foo
libfoo.so => /usr/lib/libfoo.so (0x00a42000)
很好，现在运⾏⼀下程序吧：
$ ./test
This is a shared
Hello, I'm a shared library
以上就是所有内容。我们讲述了如何构建⼀个共享库，如何连接，如果解决最常见的共享库加载问题，还有各种⽅法的优劣性。
附：
1. Shared Libraries（共享库）和 Static Libraries（静态库）区别
共享库是以.so（Windows平台为.dll，OS X平台为.dylib）作为后缀的⽂件。所有和库有关的代码都在这⼀个⽂件中，程序在运⾏时引⽤它。使⽤共享库的程序只会引⽤共享库中它要⽤到的那段代码。
静态库是以.a（Windows平台为.lib）作为后缀的⽂件。所有和库有关的代码都在这⼀个⽂件中，静态库在编译时就被直接链接到了程序中。使⽤静态库的程序从静态库拷贝它要使⽤的代码到⾃⾝当中。（Windows还有⼀种.lib⽂件是⽤来引⽤.dll⽂件，但其实它们和第⼀种情况是⼀样的。）
两种库各有千秋。
使⽤共享库可以减少程序中重复代码的数量，让程序体积更⼩。⽽且让你可以⽤⼀个功能相同的对象来替换共享对象，这样可以在增加性能的同时不⽤重新编译那些使⽤到该库的程序。但是使⽤共享库
会⼩额增加函数的执⾏的成本，同样还会增加运⾏时的加载成本，因为共享库中的符号需要关联到它们使⽤的东西上。共享库可以在运⾏时加载到程序中，这是⼆进制插件系统最通⽤的⼀种实现机制。
静态库总体上增加了程序体积，但它也意味着你⽆需随时随地都携带⼀份要⽤到的库的拷贝。因为代码在编译时就已经被关联在⼀起，因此在运⾏时没有额外的消耗。
2. GCC⾸先在/usr/local/lib搜索库⽂件，其次在/usr/lib，然后搜索-L参数指定路径，搜索顺序和-L参数给出路径的顺序⼀致。
3. 默认的GNU加载器ld.so，按以下顺序搜索库⽂件：
1. ⾸先搜索程序中DT_RPATH区域，除⾮还有DT_RUNPATH区域。
2. 其次搜索LD_LIBRARY_PATH。如果程序是setuid/setgid，出于安全考虑会跳过这步。
3. 搜索DT_RUNPATH区域，除⾮程序是setuid/setgid。
4. 搜索缓存⽂件/etc/ld/so/cache（停⽤该步请使⽤'-z nodeflib'加载器参数）
5. 搜索默认⽬录/lib，然后/usr/lib（停⽤该步请使⽤'-z nodeflib'加载器参数）

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