Linux：软硬链接和动静态库

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hello，各位小伙伴，本篇文章跟大家一起学习《Linux：软硬链接和动静态库》，感谢大家对我上一篇的支持，如有什么问题，还请多多指教 ！
如果本篇文章对你有帮助，还请各位点点赞！！！

话不多说，开始正题：

文章目录

    • 创建软硬链接
      • 理解软硬链接
      • 为什么要有软硬链接？
    • 静态库
      • 方法一：安装到系统里
      • 方法二：和源文件在一起
      • 方法三：使用带路径的库
    • 动态库
      • 方法一：把动态库安装到系统中
      • 方法二：和源文件在一起
      • 方法三：使用带路径的库
      • 解决问题
    • 同时提供动静态库，系统会选择哪一个？
    • 原理上理解动态库

创建软硬链接

软连接：

ln -s 目标文件 软连接文件

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看到file-sort.link有自己的inode，这就说明file-sort.link是一个独立的文件，向file.txt里写入东西：
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发现可以从软链接中获取file.txt的内容，接下来创建硬链接：

ln 目标文件 软连接文件

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发现硬链接的inode和目标文件的一样，说明硬链接不是一个独立的文件，发现目标文件的数字1变成了2，要是把硬链接给删掉：
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又变回数字1了

理解软硬链接

  • 软链接实际上就是保存你目标文件的路径，就像我们Windows的快捷方式，点击桌面的快捷方式就可以打开文件
  • 硬链接本质就是一组文件名和已经存在的文件的映射关系，可以理解为给文件多取了一个新的名字
  • 为什么数字会变成2？其实这里的数字表示的是映射关系的个数，在这里有两个文件名指向目标文件，所以数字就会变成2，但要是把硬链接给删除，数字就变回了1
  • 实际上就是inode里维护着一个引用计数(也叫做硬链接数)记录着有多少个文件名指向着文件，所以要把一个文件真正的删除，就要把所有指向该文件的文件名全部删除，也就是引用计数为0
  • 要是把原先文件名给删掉，那不就相当于给我文件进行重命名了吗？但是要注意，这时候的软链接就失效了，因为该软链接找不到文件名了
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为什么要有软硬链接？

软链接：
可以直接将可执行程序通过软链接直接链接到/usr/bin/目录底下，这样就可以直接执行可执行程序不需要带路径了
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想要删掉软链接也可以使用unlink：
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删除后再运行code就找不到了

也可以对目录进行软链接，比如有些目录路径太深了，就可以使用软链接到当前目录，所以软链接最主要的作用就是方便操作

对于硬链接，创建一个空目录，这个目录默认就有两个链接数：
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这是因为对于这个目录有两个文件名指向它，一个是empty，另一个是.，没错这个.就是表示当前目录的意思，所以数字是2

当我在该空目录底下创建一个新目录dir：
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就会发现链接数变成了3，那是因为新目录dir有..来指向上级目录，所以多了一个链接数
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但是根目录有点特殊，因为是被特殊处理过的，当在根目录想继续切换到上级目录：

cd ..

是停留在根目录的，因为根目录这个..是特殊处理过的，也不影响链接数，也删不掉

硬链接可以对大文件进行备份并且不需要进行拷贝，节省空间的拷贝

但是，Linux中不允许对目录新建硬链接：
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因为会形成环形路径：
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软链接就不会，因为系统不会对软链接进行解析，读到软链接就不继续操作了，但是操作系统就可以创建目录的硬链接.和..嘛，你别管，操作系统就是老大

静态库

方法一：安装到系统里

先创建一些头文件和.o文件来创建静态库：
my_stdio.c：

#include "my_stdio.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

mFILE *mfopen(const char *filename, const char *mode)
{
    int fd = -1;
    if(strcmp(mode, "r") == 0)
    {
        fd = open(filename, O_RDONLY);
    }
    else if(strcmp(mode, "w")== 0)
    {
        fd = open(filename, O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC, 0666);
    }
    else if(strcmp(mode, "a") == 0)
    {
        fd = open(filename, O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND, 0666);
    }
    if(fd < 0) return NULL;
    mFILE *mf = (mFILE*)malloc(sizeof(mFILE));
    if(!mf) 
    {
        close(fd);
        return NULL;
    }

    mf->fileno = fd;
    mf->flag = FLUSH_LINE;
    mf->size = 0;
    mf->cap = SIZE;

    return mf;
}

void mfflush(mFILE *stream)
{
    if(stream->size > 0)
    {
        // 写到内核文件的文件缓冲区中!
        write(stream->fileno, stream->outbuffer, stream->size);
        // 刷新到外设
        fsync(stream->fileno);
        stream->size = 0;
    }
}

int mfwrite(const void *ptr, int num, mFILE *stream)
{
    // 1. 拷贝
    memcpy(stream->outbuffer+stream->size, ptr, num);
    stream->size += num;

    // 2. 检测是否要刷新
    if(stream->flag == FLUSH_LINE && stream->size > 0 && stream->outbuffer[stream->size-1]== '\n')
    {
        mfflush(stream);
    }
    return num;
}

void mfclose(mFILE *stream)
{
    if(stream->size > 0)
    {
        mfflush(stream);
    }
    close(stream->fileno);
}

my_stdio.h：

#pragma once

#define SIZE 1024

#define FLUSH_NONE 0
#define FLUSH_LINE 1
#define FLUSH_FULL 2

struct IO_FILE
{
    int flag; // 刷新方式
    int fileno; // 文件描述符
    char outbuffer[SIZE];
    int cap;
    int size;
    // TODO
};

typedef struct IO_FILE mFILE;

mFILE *mfopen(const char *filename, const char *mode);
int mfwrite(const void *ptr, int num, mFILE *stream);
void mfflush(mFILE *stream);
void mfclose(mFILE *stream);

my_strinng.c：

#include "my_string.h"

int my_strlen(const char *s)
{
    const char *end = s;
    while(*end != '\0')end++;
    return end - s;
}

my_string.h：

#pragma once

int my_strlen(const char *s);

对.c文件进行编译：

gcc -c *.c

创建静态库：

ar -rc lib库名字.a.版本号

必须是以lib开头.a结尾，后面的版本号可以写可以不写：
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将头文件拷贝到系统的头文件里，将新建的静态库拷贝到系统的静态库里：
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接下来在另一个目录里面尝试使用我们所导入的静态库：

#include <my_stdio.h>
#include <my_string.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    char *str = "hello";
    int len = my_strlen(str);
    printf("len: %d\n", len);
    mFILE *fp = mfopen("log.txt", "a");
    if(fp == NULL) return 1;
    
    mfwrite(str, len, fp);
    mfclose(fp);
    return 0;
}

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发现链接报错！报错信息显示并不认识所用的函数，这是为什么？

首先，在lib64/里面并不只有一个库，编译器怎么知道你用的是哪一个库

这不对吧，那为什么我们平时用gcc的时候并不需要告诉编译器要用哪个库呢？
那是因为gcc是C语言编译，肯定是要认识C标准库的啊

所以我们要告诉编译器要用哪个库，无论你怎么操作，你都只是第三方库：

gcc test.c -llibmystdio.a

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怎么还是不行？我已经告诉他了啊，那是因为告诉错了，库的名字是要去掉前缀和后缀：

gcc test.c -lmystdio

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方法二：和源文件在一起

懂了吗？要是在目录中已经提供了.h和静态库该怎那么使用呢？首先就是吧头文件改回""：

#include "my_stdio.h"
#include "my_string.h"
#include <stdio.h>

int main()
{
    char *str = "hello";
    int len = my_strlen(str);
    printf("len: %d\n", len);
    mFILE *fp = mfopen("log.txt", "a");
    if(fp == NULL) return 1;

    mfwrite(str, len, fp);
    mfclose(fp);
    return 0;
}

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gcc test.c -lmystdio

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竟然发现找不到库？明明已经在当前目录了啊，这就说明编译器在查找库的时候，并不会在当前目录下查找，所以引入另一个选项-L：

gcc test.c -L. -lmystdio

在-L之后指明路径，告诉编译器不仅要在系统库里查找，还要在我知名的路径下查找，在这里我写的是.，表示当前目录下
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方法三：使用带路径的库

Makefile：

libmystdio.a:my_stdio.o my_string.o
	ar -rc $@ $^
%.o:%.c
	gcc -c $<
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf *.a *.o output
.PHONY:output
output:
	mkdir -p stdc/include
	mkdir -p stdc/lib
	cp -f *.h stdc/include
	cp -f *.a stdc/lib

把弄好的库和头文件全部打包在stdc里：
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对于这种情况，我们该怎么使用库？其实很简单，首先就是告诉编译器头文件在哪里：

-I std/include //可以有空格
-Istd/include //也可以无空格

然后就是告诉编译器库在哪里：

-L std/lib //可以有空格
-Lstd/lib //也可以无空格

最后就是告诉编译器哪一个库：

-lmystdio

总结：

gcc -o test test.c -Istdc/include -Lstdc/lib -lmystdio

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动态库

怎么形成动态库：

gcc -o lib动态库.so 依赖文件 -shared // -shared就是告诉编译器不是形成可执行文件，是形成动态库

Makefile

libmystdio.so:my_stdio.o my_string.o
	gcc -o $@ $^ -shared
%.o:%.c
	gcc -fPIC -c $<
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf *.so *.o stdc*

对于动态库，在.c文件编译成.o文件时要多加一个选项-fPIC，意思是形成与位置无关码（后续讲动态库链接时解释）

方法一：把动态库安装到系统中

导入库中：

 sudo cp *.so /usr/lib/

我们可以通过ldd指令来查看该可执行程序所依赖的库：

ldd ./a.out

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即使形成了可执行文件，动态库也不能删除，删了就跑不动了
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方法二：和源文件在一起

操作和静态库一样，但是
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他找不到？先继续看方法三：

方法三：使用带路径的库

和静态库方法一样，但是
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还是找不到？

解决问题

第一个方法：在Ubuntu下，系统查找动态库是在/lib下查找的，所以要让我们的动态库加载到/lib目录下，这个工作很简单，可以直接拷贝：

sudo cp ./libmystdio.so /lib/

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第二个方法：直接在/lib目录下创建软链接与我们的动态库进行链接就行了：

sudo ln -s /home/Sherry/linux_learn/23_day/so/libmystdio.so /lib/libmystdio.so

一定要注意：软链接一定要与动态库同名
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此时就可以执行了

第三个方法：导入环境变量

有没有想过为什么系统自身的动态库不需要进行这么复杂的操作？那是因为系统会默认去环境变量查找动态库，这个环境变量叫做：

LD_LIBRARY_PATH

一般没有配置过文件的是没有的，我们可以自行导入环境变量：

export LD_LIBRARY_PATH=LD_LIBRARY_PATH:/home/Sherry/linux_learn/23_day/so

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同时提供动静态库，系统会选择哪一个？

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同时提供动静态库，系统会默认选择动态库，若要想使用静态库，就要带上：

-static

要注意：如果你强制要使用静态链接，那么就必须提供静态库！
要是你没有提供动态库，只有静态库，用了动态链接，那么gcc、g++都没得选，只能针对你提供的静态库局部性采用静态链接，程序也可以跑

原理上理解动态库

动态库其实也是个文件，存放在磁盘中，要是有程序使用到这个动态库，就要将动态库加载到内存里

一个程序对应一个主进程，在进程里有对应的虚拟内存，虚拟内存依赖页表来与内存进行映射关系，当磁盘中的动态库加载到内存中后，虚拟内存里的共享区就会通过页表产生映射关系，这样程序就可以找到动态库

当然，一个动态库并非只服务于一个程序，可以是上百个程序，然而动态库已经加载到内存里，所以，只需要虚拟内存通过页表产生映射关系即可，无需再次加载动态库，大大节省了空间，也就是为什么，动态库也被称为共享库，也就是为什么，优先使用动态库

你学会了吗？
好啦，本章对于《Linux：软硬链接和动静态库》的学习就先到这里，如果有什么问题，还请指教指教，希望本篇文章能够对你有所帮助，我们下一篇见！！！

如你喜欢，点点赞就是对我的支持，感谢感谢！！！

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