Linux系统中的库

大家好，我是阿木实验室的松溪，今天给大家介绍一下，linux系统中，库的概念。

一、库的简介

什么是库，库简单地说，就是模块。用于提供不同功能的模块，比如我们经常会用的ceres库，eigen库，pcl库等等。库从本质上来说，是一种可以执行代码的二进制形式，可以被载入到内存中使用，在Liunx系统中，库以文件的形式存在，并且可以分为动态链接库和静态链接库两种，简称为动态库和静态库。其中，静态库文件的后缀为.a，动态库文件的后缀为.so。无论是动态库还是静态库，它们无非是向调用的人提供变量、函数或者类。

二、库的区别

静态库和动态库的区别在于：二者代码被载入的时刻不同。静态库在程序编译的时候会被链接到目标代码中，目标程序运行的时候将不再需要该库，移植方便，但是体积会变大，浪费空间和资源，因为与之相关的所有文件都会链接合成一个可执行文件，导致可执行文件的体积变大。动态库在程序编译的时候并不会被链接到目标代码中，而是在程序运行的时候才被载入，因此可执行文件体积较小。

基本上，大部分的库都是动态库，比如：eigen，ceres等，这就是我们通常所说的依赖项，如果你的程序中有需要某个库，而你的环境中没有这样的库，那么在编译的时候就会出现这样的错误：xxxx.h文件未找到。这就是典型的缺少动态库的bug。对此，只需要安装对应的动态库即可解决。这个问题经常出现在当你clone某一个代码下来，但是却没有这个代码的运行环境，当你编译的时候，就会出现上面的报错。是不是又get到了一个小技巧呢？

三、静态库的创建和使用

在Linux系统中创建静态库的过程如下：

1. 编辑源文件（.c或.cpp文件）

2. 通过 gcc -c xxx.c 或 g++ -c xxx.cpp 生成目标文件（.o文件）

3. 使用 ar 命令归档目标文件，生成静态库

4. 配合静态库写一个头文件，文件里的内容就是提供给调用者使用的函数、变量或者类的声明。

在实际创建之前，有必要了解一下，ar命令的使用。ar命令不但可以创建静态库，也可以修改或提取已有静态库中的信息，其基本用法如下：

ar [option] libxxx.a xx1.o xx2.o xx3.o

其中，libxxx.a是生成静态库的文件名字，xxx是自己设定的名称，lib表示该文件是一个库，所有在Linux下的库，都遵守这种命名。即libxxx.a或者libxxx.so。xx1.o xx2.o为静态库的目标代码文件，可以有多个。option常见的选项如下：

-c:创建一个库，无论库是否存在，都会创建

-s:创建目标文件索引

-r:在库中插入模块，如插入的模块名已经在库中存在，则将会替换。如果有一个模块不存在，将会保存，并不会替换其他同名模块

-t:显示库文件中有哪些目标文件。仅仅显示

-tv:显示库文件有哪些目标文件。包括文件名、时间、大小等

-s:显示静态库文件中的索引表

下面将讲解如何创建和使用一个静态库

新建一个源文件，test.cpp，复制以下代码：

#include <IOStream>

void show_age(int age) {
 std::cout << "Your age is: " << age << std::endl;
 }

然后输入命令

g++ -c test.cpp
ar rcs libshowage.a test.o

这样就生成了一个静态库，要想使用，需要编写另一个源文件，demo.cpp。复制以下代码

#include <iostream>

extern void show_age(int age);  //声明要使用的函数

int mAIn(int argc, char** argv) {
  show_age(18);
  std::cout << "Hi" << std::endl;
}

CMakeLists.txt文件

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
project(demo)

add_executable(demo demo.cpp)
target_link_libraries(demo -L.. -lshowage)

其中，-L参数表示从什么地方找这个库，（..）表示上一级目录。-l指定具体的库，其中lib和.a不需要显示写出，编译器会自动去寻找libshowage.a这个文件。这也就是为什么库命名的时候要以lib开头。

四、动态库的创建和使用

在Linux系统中，存放动态库的路径一般为/usr/lib。在Linux系统下进行的链接，默认是先链接动态库，如果同时存在静态库和动态库，如果不特别指出，将与动态库链接。这样有助于节省空间。

同理，我们创建一个动态库，test.cpp。代码同上，不做改变。只需要修改生成动态库的命令。该命令如下：

g++ test.cpp -fPIC -shared -o libshowage.so

-shared 表示生成共享库

-fPIC表明使用地址无关代码。PIC全称是Position Independent Code。在Linux系统下编译共享库时，必须加上这个参数，否则在链接的时候将会报错。因为共享库文件可能会被不同的进程加载到不同的位置上，如果共享对象中的指令使用了绝对地址、外部模块地址等，那么该库在被加载的时候，就需要修改地址，这样就不能实现多进程共享一份物理内存。

编写一个调用该库的函数，demo.cpp。内容还是不变。CMakeLists.txt也不变。

五、多个文件生成一个动态库

创建test1.cpp文件，复制以下代码

#include <iostream>

void show_age_1(int age) {
 std::cout << "This is lib_1: " << age << std::endl;
 }

创建test2.cpp文件，复制以下代码

#include <iostream>

void show_age_2(int age) {
 std::cout << "This is lib_2: " << age << std::endl;
 }

创建动态库

g++ test1.cpp test2.cpp -fPIC -shared -o libshowage.so

需要说明的是，多个文件创建动态库的时候，不能有同名的函数、类、变量的声明，否则将无法创建，因为就算创建成功以后，当调用的时候，编译器并不知道该去调用哪一个源文件里面的声明。

创建 main.cpp 文件，使用这个库，复制以下代码

#include <iostream>

//声明要使用的函数
extern void show_age_1(int age);
extern void show_age_2(int age);

int main(int argc, char** argv) {
  show_age_1(18);
  show_age_2(36);
}

CMakeLists.txt文件如下

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
project(demo)

add_executable(main main.cpp)
target_link_libraries(main -L.. -lshowage)

当我们运行的时候，会发现这样的错误

./main: error while loading shared libraries: libshowage.so: cannot open shared object file: No such file or directory

在编译的时候，我们告诉了编译器，在什么地方去寻找该库，但是在运行的时候，由于该库是动态库，其代码没有被链接到目标代码中，因此，在运行的时候，会提示找不到该库。

因此，只需要将动态库放到默认的路径上或者告诉其指定路径即可。

在Linux系统中，一般将库放在以下三个地方。其中，/lib用于放置系统级别（或者说内核级别）的库文件，/usr/lib 用于放置程序级别的库文件，/usr/local/lib 为用户级别，一般用户编译的都放在这里，以及源码编译安装，例如：opencv的源码编译。

因此，我们要将自己的库放在 /usr/local/lib 下，输入以下命令

sudo cp ~/C++/demo/libshowage.so /usr/local/lib

当我们移动以后，需要输入以下命令(必须），更新

sudo ldconfig

这样，当我们再次运行的时候，就不会报错了。切记，每次有动态库在上述目录中发生变动，都需要输入这个命令更新，否则还是无法识别。

六、通过apt安装缺少的动态库

当我们从Github上clone代码的时候，在编译的时候，经常出现xxx.h文件不存在，或者No such file or directory。其本质上就是你的环境和别人的环境不一致，缺少相应的库。一般的解决方式是，将该缺少的头文件复制到百度，查一查这个头文件是来自哪一个库。然后打开终端，输入命令

sudo apt install libxxx-dev

即可

如果是自定义的动态库，一般在readme文档中有说明。

同理，当你向开源社区贡献开源代码的同时，也请务必告知运行的环境以及所需要的库。

七、总结

相信通过本文的介绍，读者对库有了一个简单的认识，在以后的工作和学习过程中，遇到类似的问题，也有了解决问题的思路和方法。

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