详解Linux函数库及其安装过程

Linux函数库通常分为两种类型：静态函数库和动态函数库。静态函数库是指函数库文件被编译进可执行文件中，而动态函数库则是指函数库文件在程序运行时被载入到内存中。下面是详细讲解和安装过程的完整攻略。

静态函数库

在Linux系统中，静态函数库使用的是.a文件，也被称为归档文件。静态函数库的优点是在执行时速度很快，但是缺点是可执行文件的大小和内存占用可能会非常大。

创建静态函数库

创建静态函数库需要先编写自己的库文件，并将其编译为.a文件。以下是一个示例C程序：

// sum.h
int sum(int n);

// sum.c
#include "sum.h"
int sum(int n) {
    int s = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        s += i;
    }
    return s;
}

将上述代码保存为sum.c和sum.h文件。接着，使用以下命令编译生成.a文件：

gcc -c sum.c # 生成sum.o文件
ar rcs libsum.a sum.o # 将sum.o文件打包为libsum.a文件

执行上述命令后，当前目录下会生成一个libsum.a文件。这就是我们的静态函数库文件。

使用静态函数库

在使用静态函数库的时候，需要告诉编译器函数库在哪里。可以使用以下命令编译程序：

gcc main.c -L. -lsum -o main # 将libsum.a文件链接到可执行文件中

上述命令中，L选项指定函数库的路径，l选项指定函数库的名称。其中，-l选项的参数是不需要lib前缀，也不需要.a后缀。

下面是一个示例程序：

// main.c
#include <stdio.h>
#include "sum.h"

int main() {
    int s = sum(100);
    printf("1+2+...+100 = %d\n", s);
    return 0;
}

动态函数库

动态函数库使用的是.so文件，也被称为共享库。动态函数库的优点是可执行文件的大小和内存占用更小，但是执行时速度可能会稍慢一些。

创建动态函数库

创建动态函数库的方法与静态函数库类似，只需要在编译时加上-fPIC选项即可。以下是创建动态函数库的示例C程序：

// sum.h
int sum(int n);

// sum.c
#include "sum.h"
int sum(int n) {
    int s = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        s += i;
    }
    return s;
}

编译生成.so文件的命令如下：

gcc -fPIC -shared -o libsum.so sum.c

执行上述命令后，当前目录下会生成一个libsum.so文件。这就是我们的动态函数库文件。

使用动态函数库

使用动态函数库的方法与静态函数库类似，只需要更改编译时的选项即可。以下是使用动态函数库的示例程序：

// main.c
#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
#include "sum.h"

int main() {
    void *handle;
    int (*sum)(int);
    char *error;

    handle = dlopen("./libsum.so", RTLD_LAZY);
    if (!handle) {
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        return 1;
    }

    sum = dlsym(handle, "sum");
    error = dlerror();
    if (error) {
        fprintf(stderr, "%s\n", error);
        return 1;
    }

    int s = (*sum)(100);
    printf("1+2+...+100 = %d\n", s);

    dlclose(handle);
    return 0;
}

在程序中，使用dlopen()函数打开动态函数库，使用dlsym()函数获取函数地址，并调用该函数。最后使用dlclose()函数关闭动态函数库。

安装函数库

安装静态函数库和动态函数库的方法类似。需要将函数库文件拷贝到操作系统的指定目录下，并更新函数库缓存。

以Ubuntu系统为例，安装静态函数库的命令如下：

sudo cp libsum.a /usr/local/lib/
sudo ldconfig -n /usr/local/lib/

安装动态函数库的命令如下：

sudo cp libsum.so /usr/local/lib/
sudo ldconfig -n /usr/local/lib/

在使用函数库时，只需要在编译时加上-lfunction_name选项即可。操作系统会自动在函数库路径中查找并链接函数库。

示例代码

以下是使用动态函数库的示例代码（以sum为例）：

// sum.h
#ifndef SUM_H_
#define SUM_H_

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

int sum(int n);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif // SUM_H_

// sum.c
#include "sum.h"
int sum(int n) {
    int s = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        s += i;
    }
    return s;
}

// main.c
#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>
#include "sum.h"

int main() {
    void *handle;
    int (*sum)(int);
    char *error;

    handle = dlopen("./libsum.so", RTLD_LAZY);
    if (!handle) {
        fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
        return 1;
    }

    sum = dlsym(handle, "sum");
    error = dlerror();
    if (error) {
        fprintf(stderr, "%s\n", error);
        return 1;
    }

    int s = (*sum)(100);
    printf("1+2+...+100 = %d\n", s);

    dlclose(handle);
    return 0;
}

注意，需要使用extern "C"将函数声明包含在C++中。