大家好，我是阿木實驗室的松溪，今天給大家介紹一下，linux系統中，庫的概念。
一、庫的簡介
什么是庫，庫簡單地說，就是模塊。用于提供不同功能的模塊，比如我們經常會用的ceres庫，eigen庫，pcl庫等等。庫從本質上來說，是一種可以執行代碼的二進制形式，可以被載入到內存中使用，在Liunx系統中，庫以文件的形式存在，并且可以分為動態鏈接庫和靜態鏈接庫兩種，簡稱為動態庫和靜態庫。其中，靜態庫文件的后綴為.a，動態庫文件的后綴為.so。無論是動態庫還是靜態庫，它們無非是向調用的人提供變量、函數或者類。
二、庫的區別
靜態庫和動態庫的區別在于：二者代碼被載入的時刻不同。靜態庫在程序編譯的時候會被鏈接到目標代碼中，目標程序運行的時候將不再需要該庫，移植方便，但是體積會變大，浪費空間和資源，因為與之相關的所有文件都會鏈接合成一個可執行文件，導致可執行文件的體積變大。動態庫在程序編譯的時候并不會被鏈接到目標代碼中，而是在程序運行的時候才被載入，因此可執行文件體積較小。
基本上，大部分的庫都是動態庫，比如：eigen，ceres等，這就是我們通常所說的依賴項，如果你的程序中有需要某個庫，而你的環境中沒有這樣的庫，那么在編譯的時候就會出現這樣的錯誤：xxxx.h文件未找到。這就是典型的缺少動態庫的bug。對此，只需要安裝對應的動態庫即可解決。這個問題經常出現在當你clone某一個代碼下來，但是卻沒有這個代碼的運行環境，當你編譯的時候，就會出現上面的報錯。是不是又get到了一個小技巧呢？
三、靜態庫的創建和使用
在Linux系統中創建靜態庫的過程如下：
1. 編輯源文件（.c或.cpp文件）
2. 通過 gcc -c xxx.c 或 g++ -c xxx.cpp 生成目標文件（.o文件）
3. 使用 ar 命令歸檔目標文件，生成靜態庫
4. 配合靜態庫寫一個頭文件，文件里的內容就是提供給調用者使用的函數、變量或者類的聲明。
在實際創建之前，有必要了解一下，ar命令的使用。ar命令不但可以創建靜態庫，也可以修改或提取已有靜態庫中的信息，其基本用法如下：
ar [option] libxxx.a xx1.o xx2.o xx3.o
其中，libxxx.a是生成靜態庫的文件名字，xxx是自己設定的名稱，lib表示該文件是一個庫，所有在Linux下的庫，都遵守這種命名。即libxxx.a或者libxxx.so。xx1.o xx2.o為靜態庫的目標代碼文件，可以有多個。option常見的選項如下：
-c:創建一個庫，無論庫是否存在，都會創建
-s:創建目標文件索引
-r:在庫中插入模塊，如插入的模塊名已經在庫中存在，則將會替換。如果有一個模塊不存在，將會保存，并不會替換其他同名模塊
-t:顯示庫文件中有哪些目標文件。僅僅顯示
-tv:顯示庫文件有哪些目標文件。包括文件名、時間、大小等
-s:顯示靜態庫文件中的索引表
下面將講解如何創建和使用一個靜態庫
新建一個源文件，test.cpp，復制以下代碼：
#include <IOStream>
void show_age(int age) {
std::cout << "Your age is: " << age << std::endl;
}
然后輸入命令
g++ -c test.cpp
ar rcs libshowage.a test.o
這樣就生成了一個靜態庫，要想使用，需要編寫另一個源文件，demo.cpp。復制以下代碼
#include <iostream>
extern void show_age(int age); //聲明要使用的函數
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參數表示從什么地方找這個庫，（..）表示上一級目錄。-l指定具體的庫，其中lib和.a不需要顯示寫出，編譯器會自動去尋找libshowage.a這個文件。這也就是為什么庫命名的時候要以lib開頭。
四、動態庫的創建和使用
在Linux系統中，存放動態庫的路徑一般為/usr/lib。在Linux系統下進行的鏈接，默認是先鏈接動態庫，如果同時存在靜態庫和動態庫，如果不特別指出，將與動態庫鏈接。這樣有助于節省空間。
同理，我們創建一個動態庫，test.cpp。代碼同上，不做改變。只需要修改生成動態庫的命令。該命令如下：
g++ test.cpp -fPIC -shared -o libshowage.so
-shared 表示生成共享庫
-fPIC表明使用地址無關代碼。PIC全稱是Position Independent Code。在Linux系統下編譯共享庫時，必須加上這個參數，否則在鏈接的時候將會報錯。因為共享庫文件可能會被不同的進程加載到不同的位置上，如果共享對象中的指令使用了絕對地址、外部模塊地址等，那么該庫在被加載的時候，就需要修改地址，這樣就不能實現多進程共享一份物理內存。
編寫一個調用該庫的函數，demo.cpp。內容還是不變。CMakeLists.txt也不變。
五、多個文件生成一個動態庫
創建test1.cpp文件，復制以下代碼
#include <iostream>
void show_age_1(int age) {
std::cout << "This is lib_1: " << age << std::endl;
}
創建test2.cpp文件，復制以下代碼
#include <iostream>
void show_age_2(int age) {
std::cout << "This is lib_2: " << age << std::endl;
}
創建動態庫
g++ test1.cpp test2.cpp -fPIC -shared -o libshowage.so
需要說明的是，多個文件創建動態庫的時候，不能有同名的函數、類、變量的聲明，否則將無法創建，因為就算創建成功以后，當調用的時候，編譯器并不知道該去調用哪一個源文件里面的聲明。
創建 main.cpp 文件，使用這個庫，復制以下代碼
#include <iostream>
//聲明要使用的函數
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)
當我們運行的時候，會發現這樣的錯誤
./main: error while loading shared libraries: libshowage.so: cannot open shared object file: No such file or directory
在編譯的時候，我們告訴了編譯器，在什么地方去尋找該庫，但是在運行的時候，由于該庫是動態庫，其代碼沒有被鏈接到目標代碼中，因此，在運行的時候，會提示找不到該庫。
因此，只需要將動態庫放到默認的路徑上或者告訴其指定路徑即可。
在Linux系統中，一般將庫放在以下三個地方。其中，/lib用于放置系統級別（或者說內核級別）的庫文件，/usr/lib 用于放置程序級別的庫文件，/usr/local/lib 為用戶級別，一般用戶編譯的都放在這里，以及源碼編譯安裝，例如：opencv的源碼編譯。
因此，我們要將自己的庫放在 /usr/local/lib 下，輸入以下命令
sudo cp ~/C++/demo/libshowage.so /usr/local/lib
當我們移動以后，需要輸入以下命令(必須），更新
sudo ldconfig
這樣，當我們再次運行的時候，就不會報錯了。切記，每次有動態庫在上述目錄中發生變動，都需要輸入這個命令更新，否則還是無法識別。
六、通過apt安裝缺少的動態庫
當我們從github上clone代碼的時候，在編譯的時候，經常出現xxx.h文件不存在，或者No such file or directory。其本質上就是你的環境和別人的環境不一致，缺少相應的庫。一般的解決方式是，將該缺少的頭文件復制到百度，查一查這個頭文件是來自哪一個庫。然后打開終端，輸入命令
sudo apt install libxxx-dev
即可
如果是自定義的動態庫，一般在readme文檔中有說明。
同理，當你向開源社區貢獻開源代碼的同時，也請務必告知運行的環境以及所需要的庫。
七、總結
相信通過本文的介紹，讀者對庫有了一個簡單的認識，在以后的工作和學習過程中，遇到類似的問題，也有了解決問題的思路和方法。
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