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本文深入介紹了C語言庫的使用及相關知識。首先，我們將概述庫的概念，包括靜態庫（.a 檔案）和動態庫（.so檔 案）。然後，我們將深入探討如何使用這些庫，包括如何編譯動態庫以及如何編譯靜態庫並進行靜態連結。我們還將討論如何查詢系統庫函數以及使用 gcc 手動連結系統不常用的庫。
接著，我們將探討手工製作C語言庫的過程，包括製作靜態庫和動態庫。我們還將介紹使用"nm"命令查看靜態庫符號以及使用"ldd"命令查看動態庫依賴和位置的方法。
最後，我們將進一步探討有關庫的更多知識，包括 ld.so 如何查找庫的順序以及如何在編譯時設定共享庫的位置。
通過本文，讀者將全面了解C語言庫的使用和編譯過程，並掌握有關靜態庫和動態庫的重要知識。
C Library 認識
簡單來說就是為了要覆用函數，所以產生出了 Library；如常見的就有 glibc
Library 庫又分為 1. 靜態庫、2. 動態庫
● 為何不用
Open Source就好了呢 ?因為無法商業化，廠商如果要保全自己開發的程式，最安全的方式就是提用 Library 庫，這樣既可以得到商業利益，又可以提供給使用者
靜態 Library 庫 - .a
● 靜態 Library 庫出現的比較早，附檔名為 .a，它的概念如下：
A. 將原程式 經過匯編，但不進行連結
B. 透過 ar 工具，將許多 .o 文件歸檔至 .a 文件
C. 提供給使用者 .o 文件、.h 頭文件，就可以直接使用
● 每個使用到靜態 Library 的應用程式，都會複製一份檔案到應用中
這個缺點是
A. 佔用空間，較率較低
B. 在更新 library 時，每個依賴於靜態 library 的程式都必須重新編譯（因為他們都獨自有一個完整的靜態檔案在自己的空間）
動態 Library 庫 - .so
● 動態 Library 庫，附檔名為 .so，它的效率更高，概念如下：
A. .so 中存的是 鏈結標記，在需要時才去記憶體中尋找
B. .so 在設備中只存在一份在記憶體中，類似於一個虛擬文件，應用在使用時，才去記憶體中尋找對應的標記
C. 當 .so 更新時，不需要每個應用都重新編譯（除非 .so 有新的符號連結）
C Library 使用
在使用 Library 時有幾個步驟需要注意
A. 引入 Library 的頭文件 (.h 檔案)
B. 有些函數鏈結時需要使用 -l + xxx 的方式指定具體連結的 Library
C. 動態 Library 大部分會使用 -L 來指定動態 Library 存放的 目錄
編譯動態庫 - 動態連結
以下來動態連結系統庫
#include <stdio.h>
int main(void) {
printf("Hello C library.");
return 0;
}
● 一般我們用 gcc 命令來編譯 .c 文件時，預設使用動態 Library 鏈結：所以編譯出的檔案大小並不大 (因為只有鏈結符號)
gcc Hello.c -o Hello_1.out
大小為：
16,064Byte
編譯靜態庫 - 靜態連結 static
以下來靜態連結系統庫
#include <stdio.h>
int main(void) {
printf("Hello C library.");
return 0;
}
● 透過選項 -static，限定 gcc 使用靜態鏈結：可以發現編譯出來的執行檔相當大，因為靜態鏈結會將所有資料都複製進應用中
gcc Hello.c -static -o Hello_2.out
大小為：
896,216Byte
● 編譯時有時不需要標頭檔 ?
其實都是需要標頭檔 (
.h) 的，只是有些標頭檔已經存在系統中，可以在系統中發現，所以不用特別指定像是：
stdio.h標頭檔就是系統內建，所以不自己手動需要添加
查詢系統 Library 函數
● 可以透過 man 3 <API 名稱> 查看相關資料，指令中的 3 代表 section，是查看 library 如何使用，而其他數字代表的意思請見下圖
man man
A. Library calls 查看 memcpy：可以看到該函數的原形，要引入哪個標頭檔... 等等
man 3 memcpy
B. System calls 查看 mmp
man 2 mmap
gcc 手動鏈結 - 系統不常用函式庫
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main(void) {
int a = 100;
double b = sqrt(a);
printf("result: %lf\n", b);
return 0;
}
編譯時出錯，找不到
sqrt函數
● Library calls 查看 sqrt (平方)，在檔案編譯時需要使用 -lm 去做鏈結才能正常編譯成功，因為鏈結器預設會去找常用的 Library
<math.h> 並不常用，所以 編譯時需手動鏈結
man 3 sqrt
● 修正編譯指令，使用 -lm 告訴編譯器去 libm 中尋找函數
gcc Math_Test.c -lm -o Math_Test.out
這裡就符合上面提到的特殊 Library 需要使用
-lxxx去做鏈結
Hand made C Library
透過 Linux 提供的工具就可以自己來手動包動、靜態 library
Hand made - static library
打包工具使用
ar
● 靜態 Library Source：主要分為兩個重點；1. 程式實作它最終會被編譯成二進制文件、另一個則是辨識二進制文件的 2. 頭文件
A. 程式實作：MyStaticLib.c
// MyStaticLib.c
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
static int _sub(int a, int b, int reverse) {
if(reverse) {
return b - a;
} else {
return a - b;
}
}
int sub_1(int a, int b) {
return _sub(a, b, 0);
}
int sub_2(int a, int b) {
return _sub(a, b, 1);
}
B. 頭文件：MyHead.h
// MyHead.h
int add(int a, int b);
int sub_1(int a, int b);
int sub_2(int a, int b);
● 編譯打包成靜態 Library
A. 匯編 Source Code (必須在匯編階段，所以使用 -c option 指定)
gcc -c MyStaticLib.c -o MyStaticLib.o
B. 使用 ar -rc 集成靜態 Library
## ar -rc <lib 名稱> <.o 檔案_1> <.o 檔案_2> ...
ar -rc libMyStatic.a MyStaticLib.o
● 使用靜態 Library：引入 Library 頭檔案
#include "MyHead.h" // 引入 Library 頭檔案
#include <stdio.h>
int main(void) {
int a = 10, b = 20;
// 直接使用 Library
printf("a - b: %d\n", add(a, b));
printf("a - b: %d\n", sub_1(a, b));
printf("b - a: %d\n", sub_2(a, b));
return 0;
}
A. 嘗試編譯：透過上面的學習我們可以知道要找到目標 library 必須使用 -lxxx 鏈結，這裡我們使用以下指令
● 使用
-l鏈結.a時：去除前綴lib& 副檔名.soe.g：鏈結
libMyStatic.a就需要寫成-lMyStatic來鏈結
## -l<目標 Library>
## -l <目標 Library> (中間有沒有空格都可以)
gcc UseStaticLib.c -l MyStatic -o UseStaticLib.out
編譯失敗：因為在預設庫資料夾中，找不到
MyStatic庫
B. 添加指定路徑後再次編譯：
透過提示我們可以知道編譯器在 /usr/bin/ld 目錄下找不到目標鏈結，在這裡我們就必須使用 -L 來指定 Library 位置
## -L<目標 Library 位置>
## -L <目標 Library 位置> (中間有沒有空格都可以)
gcc UseStaticLib.c -l MyStatic -L . -o UseStaticLib.out
● 執行編譯好的 UseStaticLib.out 檔案
./UseStaticLib.out
nm - 查看靜態 Library 符號
● 透過 nm 指令就可以查看靜態 Library 符號
nm MyStaticLib.a
Hand made - dynamic library
● 動態鏈結檔在不同平台下有不同的附檔名
| Window | Linux |
| -------- | -------- |
| .dll | .so |
● 程式就使用上面靜態 Library Source Code
● 發布動態 Library 時，依樣要發布 Header 檔案
● 編譯 .so 動態 Library
A. 我們將上面的 MyStaticLib.c 再次匯編，並指定檔案名稱為 MySharedLib.o
gcc -c MyStaticLib.c -o MySharedLib.o -fPIC
●
-fPIC表示位置將該檔案編譯成 位置無關碼
B. 編譯成動態 Library libMyShared.so
gcc MySharedLib.o -shared -o libMyShared.so
● 編譯應用使用的檔案 UseSharedLib.c (內容同靜態檔案，只是複製過來並改名)
gcc UseSharedLib.c -L . -l MyShared -o UseSharedLib.out
● 運行依賴動態檔案的應用出錯 ??!
因為在運行時才加載進 RAM 中，但加載 lib 的位置
/usr/lib找不到目標檔案
● 解決方式有幾種
A. 將 libMyShared.so 放置到 /usr/lib 目錄下
B. 修改變量區域變量 LD_LIBRARY_PATH，串上 so 所在的資料夾
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$PWD && ./UseSharedLib.out
C. 在編譯時決定運行時要尋找的庫的位置（-Wl,-rpath 下面有範例）
ldd - 查看動態 Library 依賴/位置
● 使用 ldd 指令就可以查看動態 Library 的依賴
ldd UseSharedLib.out
● 查找系統應用的動態連結關係
ldd /bin/bash
使用 Pair 的方式去看：左邊是連接的動態庫名，右邊則是該動態庫真實位置
Pair<庫名, 該庫的位置>
● 最後一行的
/lib/ld-linux-aarch64.so.1標明了該指令 ldd 的ls.so實際位置
Library 庫的更多知識
ld.so 找函式庫 - 順序
● 共享函式庫強大，但它卻是管理困難、連接複雜的，我們往往在使用時會遇到以下困難
A. 作為應用使用者：該應用需要什麼函式庫
可以使用
ldd命令查看該應用所需的函示庫
B. 作用應用開發者：如何找到共享函示庫
C. 如何連接函式庫
● ld.so 尋找函式庫的方式
A. 查看 LD_LIBRARY_PATH 環境變量是否有賦予值，如果有的話 ld.so 會優先尋找該目錄下的庫
B. 看看要運行的應用是否有 預先設定好的執行時函式庫搜尋路徑（runtime library search path）
使用
-Wl,-rpath設定，下面小節有範例
C. 參考系統當前的 快取 /etc/ld.so.cache
cat /etc/ld.so.cache | sed 's/.so/.so\n/g'
●
/etc/ld.so.cache的來源它的來源是
/etc/ld.so.conf目錄列表，而它的內容又會指向/etc/ld.so.conf.d目錄，所以是該目錄下所有 config 檔案
● 如果有改動該目錄，需使用以下命令去刷新
ldconfig -v不過建議不要肆意添加內容進去，容易導致混淆的風險
編譯時設定 - 共享庫的位置
● 編譯時設定共享 (.so) 函式庫的路徑，範例如下
A. 創建共享函示庫（libhello.so）
● 共享函式庫標頭檔 hello.h
// hello.h
#ifndef HELLO
#define HELLO
void sayHello(void);
#endif
● 共享函式庫源碼 hello.c
// hello.c
#include <stdio.h>
void sayHello(void) {
printf("Hello world, ln~ \n");
}
● 編譯 -c 與位置無關代碼 -fPIC
gcc -c hello.c -o hello.o -fPIC
● 編譯共享庫 libhello.so
gcc -shared hello.o libhello.so
B. 透過標頭檔使用 libhello.so 共享庫
#include "./hello.h"
int main(void) {
sayHello();
return 0;
}
C. 連接 libhello.so 共享庫：使用 -Wl,-rpath 選項對連接器傳入設定，設定共享庫的路徑為當位置（以這個例子來說是這樣的）
cc main.c -o main.o -Wl,-rpath="$PWD" -L . -lhello
./main.o
最後使用 ldd 命令進行驗證，確定連接的位置就是我們指定的目錄
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