C语言-模块化-Clion(静态库,动态库)使用

谁践踏了优雅 2023-10-02 20:11 14阅读 0赞

### 什么是模块化编程 ###

模块化编程就是我们一个复杂的项目分成很多模块，比如一个单片机项目，就可能分为：主函数模块,液晶显示和数码管显示模块,时间延时模块,温度传感器模块等。而一个程序工程包含多个源文件（.c 文件和 .h 文件），每个 .c 文件可以被称为一个模块，每一个模块都有其各自的功能，**而每一个.h文件则是声明该模块，相当于功能说明书** 模块化编程在嵌入式中是必须要掌握的技能。

### 模块化编程的好处 ###

开发C程序时，当代码量较大功能较复杂时，单一文件程序会使得文件非常巨大，代码量非常大，成千上万行的代码在一个文件中不便于修改和维护，因此需要将不同的功能模块放在不同的文件中。

并且在团队合作开发的时候，需要模块化开发。每个人负责一部分功能的开发，而你所负责的模块，你需要将你负责的模块功能写好，封装好，之后形成一个.c与.h ，然后交付给项目组长，组长则负责整体框架(main)的编写与各个模块的组合调试，最后各个模块的组合，形成了整个工程。由此可见，模块化可以有效的提高团队开发的分工协作效率。对于整个项目开发有着很大的好处

### 模块化开发过程如下 ###

1.  创建.c文件
2.  在.c文件内定义需要的函数和变量
3.  创建.h文件，文件名要与.c文件一致
4.  在.h文件中声明需要让调用方知道的函数和变量
5.  在调用方文件中包含.h文件，直接调用.h文件中声明的内容即可

**注意事项:**

*  `.h`头文件格式一定要按照下面这格式进行

#ifndef DEMO1_CALCULATE_H  // 避免多个文件重复导入
    #define DEMO1_CALCULATE_H  // 定义一个预处理宏定义
    
    //extern   声明代码
    
    #endif //DEMO1_CALCULATE_H   表示条件命令的结束

*  导入.h文件的时候不能使用`<>` 而是使用`" "` 因为`<>`方式只会到系统的专门目录找,而这里没有我们定义的模块 ,而`" "`方式编译器会先到当前的工程项目所在目录下找，找不到再到系统专门目录下找
 *  定义的`x.c和x.h`要在同一个目录下不然引入x.h的时候找不到.c源码
 *  `.h文件` 不能定义具体实现 ,只能进行声明, 而具体实现都需要在`.c文件`中定义
 *  函数声明时，extern可有可无，但是变量的声明必须要有，否则编译时不能识别。. (建议都写上)
 *  不想让外界知道的信息，就不应该出现在`.h`头文件里，而想让外部调用的函数或变量，则一定要在头文件中声明
 *  头文件(.h)命名应与源文件(.c)一致，便于清晰的查看各个头文件
 *  模块内不想被外部引用的函数和全局变量需在`.c文件头`以static关键字声明, 这样这些函数和变量只会在当前.c文件中起到作用，一来可以避免函数名的重复；二来可以保护内部的实现数据，防止被破坏 ,比如: `static void lEDOpen();`
 *  模块中想要被其他文件访问的变量，一定要是全局变量，并且在.h中声明
 *  要尽量减少全局变量的使用，因为全局变量的生命周期是从程序的开始到程序的结束的，这意味着你在其他源文件中调用这个变量时，可能会产生同名变量以及变量数值错误等问题, 这个是非常不好把控的,程序一旦庞大起来,这就是灾难

### 模块化演示 ###

![在这里插入图片描述][2547762913f1433da18c39f7bca753d4.png]  
![在这里插入图片描述][294e46f6f38b4817a7f1fbecfc5b5c79.png]  
![在这里插入图片描述][ade413b17c694160bbecdbc2e3fb2fad.png]

![在这里插入图片描述][40c4d7bc24fd4416b2d43b9588b5e21a.png]

![在这里插入图片描述][9163cc6b704c4bffab3dfe955a807b77.png]

然后我们在需要调用的地方,将头文件导进来就行了,之后就能使用头文件中声明的内容了  
![在这里插入图片描述][30ccbcf22b2949bf90f37f351b342d82.png]  
在上面的案例中我们只是在main.c文件中应用了模块,那么模块和模块之间能相互引用吗? 答案是可以的,直接导入就行了

![在这里插入图片描述][a27aeafb05244b76a44a5c36325c7018.png]

### 代码库 ###

#### 代码编译过程 ####

![在这里插入图片描述][2779fe8c546b4bcf9daea458de5d61db.png]

#### 静态库 ####

静态库，顾名思义，它是静态的，也就是说它不会被动态编译，它只会静态编译，节省了编译时间，提高了编译速度。同一份静态库，可以被多个程序进行编译，也就实现了代码的复用共享。

![在这里插入图片描述][3b8f54adf0ee4eae8d4578d75fb03e2a.png]  
静态库的后缀一般有2种`.a`(linux) , `.lib`(windows) ,但是在windows下MinGW编译的静态库也是`.a`的所以如果使用MinGw进行编译代码的话`.a`文件能通用的

**静态库命名规则:** 这类库的名字一般是libxxx.a；或者 libxxx.lib； 而xxx是库的名称

#### 动态库 ####

动态库，就是程序应用启动的时候，动态加载的，因为它一般是在系统运行的时候就已经运行的动态库，因此其它应用可以直接使用它，并且同一个动态库可以被多个应用共享使用，在系统中对于一个动态库只会存在一份，这大大节省了内存空间，大大提升了系统的性能。  
![在这里插入图片描述][c0389afd54c14aed8ed36584b1fe3061.png]  
动态库的后缀一般也是2种 展名分别为：`.so`( linux )或者 `.dll`(windows)

动态库命名规则: 这类库的名字一般是libxxx.so 或者libxxx.dll 而xxx是库的名称

### Clion库的使用 ###

#### CMakeLists.txt文件使用 ####

[C语言-Cmake-CMakeLists.txt教程][C_-Cmake-CMakeLists.txt] 可以参考这篇文章

#### 静态库 ####

##### 创建静态库 #####

先写好c代码,在demo中调试没问题了,那么我们就可以将相关的代码copy到静态库中进行打包了,下面就创建一个静态库  
![在这里插入图片描述][91436ad04dbc4e5ba985fb85acc4982d.png]

然后随便创建几个.c和.h文件 如下:

![在这里插入图片描述][92d7b2435883480684fe1526c7d07542.png]

然后可以参考[C语言-Cmake-CMakeLists.txt教程][C_-Cmake-CMakeLists.txt] \->`打包静态或动态库CMakeLists.txt(通用)` 这篇文章进行配置CMakeLists.txt ,之后打包效果如下:

![在这里插入图片描述][b17d2d71e65a4edc914ac5139b56391b.png]

**注意:** 打包后会自动在项目名称前加lib ,所以在创建的时候无效前缀加lib

##### 使用静态库 #####

然后我们将打包好的`libtool.a` 和头文件目录`tool` 都拷贝到需要的地方,然后可以参考[C语言-Cmake-CMakeLists.txt教程][C_-Cmake-CMakeLists.txt]\-> `项目编译CMakeLists.txt(静态动态库通用)`这篇文章, 进行配置CMakeLists.txt, 项目编译之后在调用的地方使用`#include "头文件"`就行  
![在这里插入图片描述][d52ff0c977044addbe01405791b8a4a5.png]

如果发现编译错误那么,记得刷新Clion-CMake的缓存

#### 动态库 ####

#### 创建动态库 ####

先写好c代码,在demo中调试没问题了,那么我们就可以将相关的代码copy到动态库中进行打包了,下面就创建一个动态库  
![在这里插入图片描述][1827a7e9211548d4aea36b3aa2dd4f10.png]

然后随便创建几个.c和.h文件 如下:  
![在这里插入图片描述][7d8894ae3e8143c2aff1e0181bea02c0.jpeg]  
然后可以参考[C语言-Cmake-CMakeLists.txt教程][C_-Cmake-CMakeLists.txt] \->`打包静态或动态库CMakeLists.txt(通用)` 这篇文章进行配置CMakeLists.txt ,之后打包效果如下:

![在这里插入图片描述][5d92f8eef6244bebae8ff75b857f7363.png]

##### 使用动态库 #####

使用MinGW动态打包后就会出现两个文件`.dll`和`.dll.a` 我们只需要`.dll` 就行,然后我们将打包好的`libtool1.dll` 和头文件目录`tool1` 都拷贝到需要的地方,然后可以参考[C语言-Cmake-CMakeLists.txt教程][C_-Cmake-CMakeLists.txt]\-> `项目编译CMakeLists.txt(静态动态库通用)`这篇文章, 进行配置CMakeLists.txt, 项目编译之后在调用的地方使用`#include "头文件"`就行  
![在这里插入图片描述][38575dc060684e56bcf378c81e81fd61.png]  
上面可以看出来运行报错了,这是因为默认exe程序会去当前目录下找dll文件如果没有找到那么就会去环境变量里找,都没有找到那么就报错了具体解决办法,可以参考这篇文章[C语言-Cmake-CMakeLists.txt教程][C_-Cmake-CMakeLists.txt] `动态库导入无效,报错问题`

#### 静态库和动态库混合使用 ####

可以参考这篇文章[C语言-Cmake-CMakeLists.txt教程][C_-Cmake-CMakeLists.txt] `打包静态或动态库CMakeLists.txt(通用)`

### 查看动态库或者静态库 ###

查看动态库定义的函数或变量 `readelf -c xxx.a`

查看动态库定义的函数或变量 `readelf -A xxx.so`

查看库里所有文件列表： `ar -t xxx.a`

查找静态库里指定的函数或变量 `nm -o xxx.a | grep "yyy"`

查找动态库里指定的函数或变量 `nm -o xxx.so | grep "yyy"`

**nm 常见的符号类型:**

A 该符号的值在今后的链接中将不再改变；  
B 该符号放在BSS段中，通常是那些未初始化的全局变量；  
D 该符号放在普通的数据段中，通常是那些已经初始化的全局变量；  
T 该符号放在代码段中，通常是那些全局非静态函数；  
U 该符号未定义过，需要自其他对象文件中链接进来；  
W 未明确指定的弱链接符号；同链接的其他对象文件中有它的定义就用上，否则就用一个系统特别指定的默认值。

### 小技巧 ###

常用的工具类我们可以使用静态库, 频繁升级的部分我们可以使用动态库

*  静态库的好处就是打包后的exe不需要依赖任何文件就能运行,只是exe文件会比较大
 *  动态库的好处就是打包后的exe文件小,升级只需替换对应的dll文件就行,坏处就是dll找不到或者丢失程序就没法运行了

**注意:** 动态库代码和项目代码是分离的，如果更新的版本与原来的版本不兼容的话，使用动态库的新版本加载后有可能会出问题导致项目崩溃等情况。

**主要还是看项目升级频繁吗?**

*  如果只是单存的开发一个自己使用的工具或者以后不打算升级了,那么使用静态库是非常不错的选择, 因为移植性强,在哪里都能直接用无须安装和配置,双击就运行了
 *  如果是商用项目经常需要升级扩展,那么不用想动态库就是不二的选择,升级和扩展只需要添加或者更换部分的dll就行
 *  当然很多时候我们静态和动态可以混合使用, 静态库主要用于工具文件或者项目核心功能, 动态库用于项目的变化频繁的功能, (静态库和动态库都有相同的文件,内部方法也相同那么优先静态库)

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