在軟體開發中，我們時常使用library來方便管理專案以及節省開發時間。在C語言中，我們常使用.a檔和.so檔，以下是他們的介紹:
Static Library (.a)
- .a檔是靜態庫或靜態物件檔的檔案格式，同樣常見於UNIX系統。
- 它包含了一組函數和數據，這些函數和數據被編譯成一個單一的檔案。
- .a檔在編譯時被鏈接到應用程式中，因此它們在執行時不需要再次載入。
- 因此執行速度通常較快，但每次更新庫時都需要重新編譯應用程式。
- 每個應用程式都有自己的拷貝，因此可能會浪費一些磁盤空間。
Dynamic Library (.so)
- .so檔通常較小，因為它們被多個應用程式共享。
- 共享物件檔在執行時動態載入，這意味著可以在不重新編譯應用程式的情況下更新庫。
- 執行速度可能較慢。
| 特性 | Static Library | Dynamic Library |
|---|---|---|
|
附檔名 |
.a |
.so |
|
鏈結時機 |
編譯時 |
執行時 |
|
執行速度 |
較快 |
較慢 |
|
檔案容量 |
較大 |
較小 |
Overview
接下來，我們將撰寫 shared object library 的範例。假設我們今天要寫一支程式，可以在角度與弧度間做轉換，我們希望主程式中只包含呼叫API的部分，實作部分希望在lib這個目錄下實作，那麼我們的整體結構如下:
// main.c
#include <stdio.h>
#include "lib/angle.h" // 主程式只引入library，直接使用API
int main(){
double d = 180.0;
double r = 1;
printf("deg2rad(%.3f) = %.3f\n", d, deg2rad(d));
printf("rad2deg(%.3f) = %.3f\n", r, rad2deg(r));
return 0;
}
// lib/angle.h
// 宣告API的格式
double rad2deg(double rad);
double deg2rad(double deg);
// lib/angle.c
// 實做函式的地方
#include <math.h>
double deg2rad(double deg){
return deg * M_PI / 180.0;
}
double rad2deg(double rad){
return rad * 180.0 / M_PI;
}
Makefile
我們習慣使用makefile將編譯參數寫成腳本，因此這邊將會把把編譯的細節寫成makefile。
Object File (.o)
我們使用
gcc -c angle.c -fpic 來編譯出.o檔。
.o檔，也就是目標檔 (Object File)，是編譯程式碼後產生的二進位檔案。目標檔包含了程式碼中的所有指令和數據，但它們還不能直接執行。目標檔需要被linker連結在一起，才能形成可執行檔。
-c：表示只編譯程式碼，不連結成可執行檔案。-fpic：表示生成位置無關的代碼，可以提高程式的可移植性和可擴展性。
Shared Object File (.so)
我們使用 gcc angle.o -shared -o lib_angle.so 來編譯出.so檔。
-shared：告訴連結器生Shared Library-o：輸出的檔，這裡輸出.so檔
最終我們在lib內的makefile如下:
// lib/makefile
lib_angle.so: angle.o
gcc angle.o -shared -o lib_angle.so // 產生 shared object file
rm -f angle.o // 可以移除object file了
angle.o: angle.c
gcc -c angle.c -fpic // 產生object file
clean:
rm -f *.o *.so
從外部makefile
在專案目錄，也就是
lib的上層，我們可以使用 make -C lib 來對 lib 內的程式進行編譯。
連結動態庫
我們先用
gcc -o main main.o 產生目標檔。再用 gcc -o main main.o -L./lib -l_angle 來連結 main.o 和 lib_angle.so。
-o：指定輸出檔案的名稱。-L：告訴連結器在哪個目錄下的搜尋.so檔。-l：告訴連結器連結哪個.so檔。
小筆記
-l 後面接的參數不用空格，並且會自動省略.so檔的lib前綴與.so後綴。
最終我們在lib外的makefile如下:
// makefile
all: main.o lib_angle.so
gcc -o main main.o -L./lib -l_angle // 連結動態庫
rm -f main.o // 可以刪掉main.o了
main.o: main.c
gcc -c main.c -o main.o // 先編譯出目標檔
lib_angle.so:
make -C lib // 移動到lib目錄編譯出.so檔
clean:
make -C lib clean // 也可以這樣做clean
rm -f main
Error!
前面有提到.so是在執行時動態載入的，然而現在執行檔找不到.so所在的目錄，因此才會有編譯成功但執行失敗的情形。以下是兩種修正方式:
Method 1
把.so檔複製到
/usr/lib 下面，這個做法需要super user權限。 Method 2
我們在專案根目錄新增環境變數
LD_LIBRARY_PATH :
export LD_LIBRARY_PATH=$(pwd)/lib:$LD_LIBRARY_PATH
如此一來，程式就可以正常運行了。
參考: iFocus Institute | How to use a Dynamic Library | Shared library
程式碼: https://github.com/pyshen-watson/shared-library-example
