Linux下Makefile中動態鏈接庫和靜態鏈接庫的生成與調用
背景：寫這篇博客的原因是：最近在搞嵌入式，需要交叉編譯opencv庫文件，自己寫Makefile，通過arm-linux-g++編譯、鏈接、生成可執行文件，從而實現了移植的過程。平台是Toradex的Apalis TK1，三千多元，買回來我就后悔了，全是英文資料，還各種Bug，遲遲無法上手。早知如此，還不如直接買Nvidia的Jetson TK1呢。
書歸正傳，今天寫一下Makefile文件中，動態鏈接庫和靜態鏈接庫的生成與調用。
一、概念
動態鏈接庫：是一種不可執行的二進制程序文件，它允許程序共享執行特殊任務所必需的代碼和其他資源。Windows平台上動態鏈接庫的后綴名是”.dll”，Linux平台上的后綴名是“.so”。Linux上動態庫一般是libxxx.so;相對於靜態函數庫，動態函數庫在編譯的時候並沒有被編譯進目標代碼中，你的程序執行到相關函數時才調用該函數庫里的相應函數，因此動態函數庫所產生的可執行文件比較小。由於函數庫沒有被整合進你的程序，而是程序運行時動態的申請並調用，所以程序的運行環境中必須提供相應的庫。動態函數庫的改變並不影響你的程序，所以動態函數庫的升級比較方便。
靜態鏈接庫：這類庫的名字一般是libxxx.a；利用靜態函數庫編譯成的文件比較大，因為整個函數庫的所有數據都會被整合進目標代碼中，他的優點就顯而易見了，即編譯后的執行程序不需要外部的函數庫支持，因為所有使用的函數都已經被編譯進去了。當然這也會成為他的缺點，因為如果靜態函數庫改變了，那么你的程序必須重新編譯。
Makefile：利用IDE開發調試的人員可能對Makefile不大理解，其實Makefile就是完成了IDE中的編譯、鏈接、生成等工作，並遵循shell腳本中變量定義與調用的規則。
二、編寫Makefile實現編譯與鏈接
1、准備文件
我們寫一個簡單的工程吧，此工程包含3個文件，分別是main.cpp，func.cpp和func.h。代碼如下：
1）main.cpp源文件：包含入口函數 int main()。該源文件中添加了“func.h”頭文件，在入口函數中調用func()函數。func函數中在func.cpp中定義，在func.h中原型聲明。
# main.cpp
#include "func.h"
int main()
{
func();
return 0;
}
2）func.h頭文件：對void func()函數進行原型聲明。
3）func.cpp源文件：對void func()函數的定義或實現。
# func.cpp
#include "func.h"
void func()
{
std::cout << "Hello World !" << std::endl;
}
2、編寫Makefile文件
1）定義變量
首先定義SOURCE，OBJS和TARGET變量，用於指代我們項目中的源文件、目標文件和可執行文件。
2) 設置編譯參數
CC：配置編譯器為g++，
LIBS：需要調用的鏈接庫（-l開頭，去掉lib和.so。例：對 libopencv_core.so鏈接庫的調用要寫作：-lopencv_core），
LDFLAGS：鏈接庫的路徑（-L開頭），
INCLUDE：頭文件的路徑。
3）鏈接生成
此步驟生成可執行文件（ELF），鏈接需要用到目標文件，由下一步產生
4）編譯
此步驟生成目標文件（.o）
5）清理
此步驟清理可執行文件和所有的目標文件
#######################
# Makefile
#######################
# source object target
SOURCE := main.cpp func.cpp
OBJS := main.o func.o
TARGET := main
# compile and lib parameter
CC := g++
LIBS :=
LDFLAGS := -L.
DEFINES :=
INCLUDE := -I.
CFLAGS :=
CXXFLAGS:=
# link
#$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $@ $^
# compile
#$(OBJS):$(SOURCE)
$(CC) -c main.cpp -o main.o
$(CC) -c func.cpp -o func.o
# clean
clean:
rm -fr *.o
rm -fr $(TARGET)
上述Makefile是將編譯和鏈接兩個步驟分開寫的，我們同樣可以直接從源文件生成可執行文件，自動進行編譯鏈接等工作。
方法：將上述Makefile中的：
# link
#$(TARGET):$(OBJS)
$(CC) -o $@ $^
# compile
#$(OBJS):$(SOURCE)
$(CC) -c main.cpp -o main.o
$(CC) -c func.cpp -o func.o
修改為：
all:
$(CC) -o $(TARGET) $(SOURCE)
其他內容，不作變化。
6）編譯、執行、清理
make
./main
make clean
NOTE:在執行make的時候會出現Makefile:19: *** missing separator. Stop的錯誤,提示沒有分割符,在makefile中規定必須以TAB鍵進行縮進.
執行make clean可以清楚當前目錄下編譯的文件.
2、動態鏈接庫的調用
引言：在第一部分中，我們將main.o和func.o兩個目標文件進行鏈接，便生成了main可執行文件。如果甲方並沒有提供func.cpp和func.o，只是提供了libfunc.so這個鏈接庫，我們如何生成可執行文件呢？下文就是講述如何利用動態庫鏈接生成可執行文件。
Makefile如下：
1）編譯的時候需要通過INCLUDE指明頭文件的路徑
2）鏈接的時候需要通過LDFLAGS 和 LIBS指明動態庫的路徑和名稱。[A1] 這里需要注意的是，指明動態庫名稱時需要“掐頭去尾”，例：我們需要用到 libfunc.so庫，LIBS必須定義為 -lfunc 。
/*[A1]
LDFLAGS指明動態庫的路徑；
LIBS指明動態庫的名稱，需注意動態庫名稱需要“掐頭去尾”
*/
3）執行的時候，需要把libfunc.so動態庫拷貝到系統環境變量包含的路徑下（比如/lib或/usr/lib），這樣程序在運行時才能調用到動態庫。
#######################
# Makefile
#######################
# target
TARGET := main
# compile and lib parameter
CC := g++
LDFLAGS := -L/path/to/libfunc.so
LIBS := -lfunc
DEFINES :=
INCLUDE := -I/path/to/func.h
CFLAGS :=
CXXFLAGS:=
# link
$(TARGET):main.o
$(CC) -o $@ $^ $(LDFLAGS) $(LIBS)
#compile
main.o:main.cpp
$(CC) $(INCLUDE) -c $^crm -fr $(TARGET)
clean:
rm -fr *.o
rm -fr $(TARGET)
四、靜態鏈接庫的生成和調用
1、靜態鏈接庫的生成
引言：仍然利用上文中的main.cpp, func.cpp和func.h文件。下面，我們將func.cpp源文件制作成靜態鏈接庫func.a，然后調用該靜態庫對main.cpp進行編譯鏈接。
Makefile如下：
注意：AR：配置鏈接器為ar
#######################
# Makefile
######################
# compile and lib parameter
CC := g++
LIBS :=
LDFLAGS :=
DEFINES :=
INCLUDE := -I.
CFLAGS :=
CXXFLAGS:=
# link parameter
AR := ar
LIB := func.a
#link
$(LIB):func.o
$(AR) -r $@ $^
#compile
func.o:func.cpp
$(CC) -c $^ -o $@
# clean
clean:
rm -fr *.o
執行make命令之后，就可以在當前目錄生成func.a的靜態鏈接庫了。
注意：靜態鏈接庫必須“以.a結尾”。
2、靜態鏈接庫的調用
引言：在第一部分中，我們將main.o和func.o兩個目標文件進行鏈接，便生成了main可執行文件；第二部分，我們將main.o和libfunc.so進行鏈接，也可以生成main可執行文件。如果我們既沒有func.o也沒有func.so，該如何生成可執行文件呢？下文就是講述如何利用靜態庫func.a鏈接生成可執行文件。
Makefile如下：
1）編譯的時候需要通過INCLUDE指明頭文件的路徑
2）鏈接的時候需要通過LDFLAGS 和 LIBS指明靜態庫的路徑和名稱。這里不需要像動態庫那樣“掐頭去尾”，直接寫作func.a即可。
3）執行的時候，不需要拷貝func.a至環境變量包含的路徑，直接執行即可。
#######################
# Makefile
#######################
# target
TARGET := main
# compile and lib parameter
CC := g++
LDFLAGS := -L.
LIBS := func.a
DEFINES :=
INCLUDE := -I.
CFLAGS :=
CXXFLAGS:=
# link
$(TARGET):main.o
$(CC) -o $@ $^ $(LIBS)
#compile
main.o:main.cpp
$(CC) -c $^ -o $@
# clean
clean:
rm -fr *.o
rm -fr $(TARGET)
linux ar 命令的使用說明和例子
用途說明
創建靜態庫.a文件。用C/C++開發程序時經常用到，但我很少單獨在命令行中使用ar命令，一般寫在makefile中，有時也會在shell腳 本中用到。關於Linux下的庫文件、靜態庫、動態庫以及怎樣創建和使用等相關知識，參見本文后面的相關資料【3】《關於Linux靜態庫和動態庫的分析》。
常用參數 格式：ar rcs libxxx.a xx1.o xx2.o
參數r：在庫中插入模塊（替換）。當插入的模塊名已經在庫中存在，則替換同名的模塊。如果若干模塊中有一個模塊在庫中不存在，ar顯示一個錯誤消息，並不替換其他同名模塊。 默認的情況下，新的成員增加在庫的結尾處，可以使用其他任選項來改變增加的位置。
參數c：創建一個庫。不管庫是否存在，都將創建。
參數s：創建目標文件索引，這在創建較大的庫時能加快時間。（補充：如果不需要創建索引，可改成大寫S參數；如果。a文件缺少索引，可以使用ranlib命令添加）
格式：ar t libxxx.a 顯示庫文件中有哪些目標文件，只顯示名稱。
格式：ar tv libxxx.a 顯示庫文件中有哪些目標文件，顯示文件名、時間、大小等詳細信息。
格式：nm -s libxxx.a 顯示庫文件中的索引表。
格式：ranlib libxxx.a 為庫文件創建索引表。
使用示例
示例一 在shell腳本中使用Bash代碼OS=`uname -r` ar rcs libhycu.a.$OS *.o
示例二 在makefile中使用 Makefile代碼 $（BIN1）: $（BIN1_OBJS） ar rcs $@ $^
示例三 創建並使用靜態庫
第一步：編輯源文件，test.h test.c main.c。其中main.c文件中包含main函數，作為程序入口；test.c中包含main函數中需要用到的函數。vi test.h test.c main.c[A2] /*Vi 多個源文件*/
第二步：將test.c編譯成目標文件。 gcc -c test.c 如果test.c無誤，就會得到test.o這個目標文件。 如果是gcc test.c 則默認生成a.out文件
第三步：由.o文件創建靜態庫。 ar rcs libtest.a test.o
第四步：在程序中使用靜態庫。 gcc -o main main.c -L. -ltest[A1] 因為是靜態編譯，生成的執行文件可以獨立於.a文件運行。 /*GCC 命令行詳解 -L 指定庫的路徑 -l 指定需連接的庫名*/
第五步：執行。 ./main
示例四創建並使用動態庫
第一步：編輯源文件，test.h test.c main.c。其中main.c文件中包含main函數，作為程序入口；test.c中包含main函數中需要用到的函數。 vi test.h test.c main.c
第二步：將test.c編譯成目標文件。 gcc -c test.c 前面兩步與創建靜態庫一致。
第三步：由.o文件創建動態庫文件。 gcc -shared -fPIC -o libtest.so test.o
第四步：在程序中使用動態庫。 gcc -o main main.c -L. -ltest 當靜態庫和動態庫同名時，gcc命令將優先使用動態庫。
第五步：執行。 LD_LIBRARY_PATH=. ./main
如果想創建一個動態鏈接庫，可以使用 GCC 的-shared選項。輸入文件可以是源文件、匯編文件或者目標文件。
-shared該選項指定生成動態連接庫（讓連接器生成T類型的導出符號表，有時候也生成弱連接W類型的導出符號），不用該標志外部程序無法連接。相當於一個可執行文件。
另外還得結合-fPIC選項。-fPIC 選項作用於編譯階段，告訴編譯器產生與位置無關代碼（Position-Independent Code）；這樣一來，產生的代碼中就沒有絕對地址了，全部使用相對地址，所以代碼可以被加載器加載到內存的任意位置，都可以正確的執行。這正是共享庫所要求的，共享庫被加載時，在內存的位置不是固定的。
轉自：https://blog.csdn.net/u011964923/article/details/73297443