GCC之编译(8)AR打包命令

GCC之(8)AR二进制打包命令

Author: Once Day Date: 2025年1月23日

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参考文章:

ar(1) - Linux manual page
【Linux】ar命令：用于创建、修改和提取静态库（archive）-CSDN博客
Linux命令学习手册-ar - 知乎
Linux ar命令介绍和常用示例 - Link_Z - 博客园

文章目录

GCC之(8)AR二进制打包命令
- - - 1. AR概述
    - - 1.1 介绍
      - 1.2 档案(archive)
    - 2. 命令参数介绍
    - - 2.1 ar操作指令
      - 2.2 ar通用命令修饰符
      - 2.3 plugin选项
    - 3. 使用技巧
    - - 3.1 makefile打包二进制文件
      - 3.2 重新组合二进制文件

1. AR概述

1.1 介绍

GCC中的AR命令全称是Archive，是一个用于创建、修改和提取档案（archive）文件的工具。档案文件通常用于将多个目标文件打包成一个文件，以便于管理和分发。AR命令在Linux/Unix系统的开发和构建过程中经常使用。

以下是AR命令的一些常见用法：

（1）创建档案文件：

ar rc libmylib.a file1.o file2.o file3.o

上述命令会创建一个名为libmylib.a的档案文件，并将file1.o、file2.o和file3.o三个目标文件打包进去。

（2）查看档案文件内容：

ar t libmylib.a

该命令会列出libmylib.a档案文件中包含的所有目标文件。

（3）向档案文件中添加目标文件：

ar r libmylib.a file4.o

该命令会将file4.o目标文件添加到libmylib.a档案文件中。如果档案文件不存在，则会创建一个新的档案文件。

（4）从档案文件中提取目标文件：

ar x libmylib.a file2.o

该命令会从libmylib.a档案文件中提取出file2.o目标文件。

（5）删除档案文件中的目标文件：

ar d libmylib.a file3.o

该命令会从libmylib.a档案文件中删除file3.o目标文件。

AR命令还有其他一些选项和用法，可以通过man ar命令查看完整的文档。

在使用GCC进行编译和链接时，AR命令通常用于创建静态库。静态库是一种将目标文件打包成单个文件的方式，在链接阶段会被链接到最终的可执行文件中。通过使用AR命令创建静态库，可以方便地管理和重用代码，提高开发效率。

1.2 档案(archive)

档案(archive)是一个包含多个文件的单个文件，其结构使得可以检索原始的单个文件(称为档案的成员)。

ar可以保留原始文件的内容、模式(权限)、时间戳、所有者和组，并在提取时恢复。GNU ar支持成员名称任意长度，但可能会根据系统配置对成员名称长度施加限制，以兼容其他工具维护的档案格式。通常限制为15个字符(与a.out相关的格式)或16个字符(与coff相关的格式)。

ar被视为二进制实用程序，因为这种档案通常用作包含常用子程序的库。由于库通常依赖于其他库，ar还可以在指定--record-libdeps选项时记录库的依赖关系。

当指定修饰符s时，ar会为档案中的可重定位目标模块创建符号索引。创建后，每当ar对档案内容进行更改时(除了q更新操作)，都会更新该索引。具有此索引的档案可加速链接到库的过程，并允许库中的例程相互调用，而无需考虑它们在档案中的位置。

可以使用nm -s或nm --print-armap列出该索引表。如果档案缺少该表，可以使用另一种形式的ar(称为ranlib)仅添加该表。

GNU ar可以选择创建薄档案(thin archive)，其中包含符号索引和对档案成员文件原始副本的引用。这对于在本地构建树中构建库很有用，在那里可重定位对象预期保持可用，而复制每个对象的内容只会浪费时间和空间。

档案可以是薄的，也可以是普通的，但不能同时是两者。一旦创建了档案，如果不先删除它并在其位置创建新档案，就无法更改其格式。

薄档案也是扁平的，因此将一个薄档案添加到另一个薄档案中不会嵌套它，而普通档案则会发生这种情况。相反，第一个档案的元素被单独添加到第二个档案中。

档案元素的路径相对于档案本身进行存储。

可重定位目标模块是指包含机器码、数据和重定位信息的目标文件，通常由编译器或汇编器生成，可以在链接阶段与其他模块合并以创建可执行文件或库。

符号是指在程序中使用的变量、函数或标签的名称。符号索引可以加快链接速度，因为链接器可以快速定位所需的符号，而无需搜索整个档案。

2. 命令参数介绍

AR的命令帮助信息如下：

ubuntu->~:$ ar --help
Usage: ar [emulation options] [-]{dmpqrstx}[abcDfilMNoOPsSTuvV] [--plugin <name>] [member-name] [count] archive-file file...
       ar -M [<mri-script]
 commands:
  d            - delete file(s) from the archive
  m[ab]        - move file(s) in the archive
  p            - print file(s) found in the archive
  q[f]         - quick append file(s) to the archive
  r[ab][f][u]  - replace existing or insert new file(s) into the archive
  s            - act as ranlib
  t[O][v]      - display contents of the archive
  x[o]         - extract file(s) from the archive
 command specific modifiers:
  [a]          - put file(s) after [member-name]
  [b]          - put file(s) before [member-name] (same as [i])
  [D]          - use zero for timestamps and uids/gids (default)
  [U]          - use actual timestamps and uids/gids
  [N]          - use instance [count] of name
  [f]          - truncate inserted file names
  [P]          - use full path names when matching
  [o]          - preserve original dates
  [O]          - display offsets of files in the archive
  [u]          - only replace files that are newer than current archive contents
 generic modifiers:
  [c]          - do not warn if the library had to be created
  [s]          - create an archive index (cf. ranlib)
  [l <text> ]  - specify the dependencies of this library
  [S]          - do not build a symbol table
  [T]          - deprecated, use --thin instead
  [v]          - be verbose
  [V]          - display the version number
  @<file>      - read options from <file>
  --target=BFDNAME - specify the target object format as BFDNAME
  --output=DIRNAME - specify the output directory for extraction operations
  --record-libdeps=<text> - specify the dependencies of this library
  --thin       - make a thin archive
 optional:
  --plugin <p> - load the specified plugin

2.1 ar操作指令

下面是AR的常用操作指令说明：

（1）删除(d)，从归档文件中删除指定的文件。

ar d libtest.a file1.o file2.o

该命令将从libtest.a归档文件中删除file1.o和file2.o文件。

（2）移动(m[ab])，在归档文件中移动文件的位置。

ar mab libtest.a file1.o file2.o

该命令将file1.o和file2.o文件移动到归档文件的末尾（b选项）或者开头（a选项）。

（3）打印§，打印归档文件中指定文件的内容。

ar p libtest.a file1.o

该命令将显示libtest.a归档文件中file1.o文件的内容。

（4）快速追加(q[f])，将文件快速追加到归档文件的末尾。

ar q libtest.a file3.o file4.o

该命令将file3.o和file4.o文件追加到libtest.a归档文件的末尾。如果使用f选项，则即使归档文件不存在也会创建它。

（5）替换或插入(r[ab][f][u])，替换归档文件中已有的文件，或插入新文件。

ar r libtest.a file1.o file5.o

该命令将用file5.o替换libtest.a归档文件中的file1.o，如果file5.o不存在，则将其插入到归档文件中。选项a和b分别表示将文件插入到归档的开头或末尾，f选项表示即使归档文件不存在也会创建它，u选项表示只有当文件比归档中的同名文件更新时才替换。

（6）符号表(s)，类似于ranlib命令，用于创建或更新归档文件的符号表。

ar s libtest.a

该命令将创建或更新libtest.a归档文件的符号表，加速对归档文件中符号的访问。

（7）内容列表(t[O][v])，显示归档文件的内容列表。

ar tv libtest.a

该命令将显示libtest.a归档文件中的文件列表。v选项提供详细输出，O选项按照归档文件中的顺序显示文件列表。

（8）提取(x[o])，从归档文件中提取指定的文件。

ar x libtest.a file1.o file2.o

该命令将从libtest.a归档文件中提取file1.o和file2.o文件。o选项表示提取文件时保留原始的日期。

2.2 ar通用命令修饰符

下面是AR的通用命令修饰符介绍：

（1）不警告([c])，在创建归档文件时，如果归档文件不存在，AR不会显示警告信息。这在脚本或自动化流程中很有用，可以避免不必要的警告输出。

ar cr libtest.a file1.o file2.o

（2）符号表索引([s])，在创建归档文件时，AR会同时创建归档文件的符号表索引，类似于ranlib命令的功能。这样可以加速对归档文件中符号的访问，特别是在大型项目中使用归档文件作为库时非常有用。

ar rs libtest.a file1.o file2.o

（3）依赖关系([l])，指定当前库文件的依赖关系。这个选项可以在归档文件中记录其所依赖的其他库文件，方便管理复杂的库依赖关系。

ar rl "libdep1.a libdep2.a" libtest.a file1.o file2.o

（4）不生成符号表([S])，在创建归档文件时，AR不会生成符号表。这可以减小归档文件的大小，但会影响对归档文件中符号的访问效率。

ar rS libtest.a file1.o file2.o

（5）详细输出([v])，在执行操作时，AR会显示详细的信息，包括正在处理的文件名、操作结果等。这对于调试和理解AR的行为非常有帮助。

ar rvx libtest.a file1.o file2.o

（6）版本号([V])，显示AR的版本号。这个选项可以用于检查当前系统中AR的版本，以确保兼容性。

ar V

（7）读取选项文件(@)，从指定的文件中读取AR命令选项。这个功能可以将一组常用的AR选项存储在文件中，然后通过@选项来引用，从而简化AR命令的编写。

ar @options.txt

（8）目标文件格式(--target=BFDNAME)，指定目标对象文件格式为BFDNAME。这个选项可以让AR适应不同的目标平台和文件格式，提高其灵活性和可移植性。

ar --target=elf64-x86-64 r libtest.a file1.o file2.o

（9）提取输出目录(--output=DIRNAME)，指定提取操作的输出目录。这个选项可以将提取的文件放置在指定的目录中，而不是当前工作目录，方便管理提取出的文件。

ar --output=extracted_files x libtest.a

（10）记录依赖关系(--record-libdeps=)，指定当前库文件的依赖关系，与[l]选项类似。这个选项提供了另一种记录库依赖关系的方式，可以根据个人喜好选择使用。

ar --record-libdeps="libdep1.a libdep2.a" r libtest.a file1.o file2.o

（11）瘦归档文件(–thin)，创建瘦归档文件，即只存储文件的路径而不存储文件内容。这种归档文件可以大大减小归档文件的大小，特别适用于存储大量小文件的场景。但是，使用瘦归档文件时，需要确保原始文件在提取时可用。

ar --thin r libtest.a file1.o file2.o

2.3 plugin选项

AR的--plugin选项允许AR加载额外的插件，以支持更多的文件格式，包括包含链接时优化(Link-Time Optimization, LTO)信息的目标文件。这个功能可以显著扩展AR的应用范围和灵活性，特别是在使用LTO等高级编译优化技术时。

使用--plugin选项的基本语法如下：

 ar --plugin name [other options] [member...]

其中，name是要加载的插件名称。例如，要加载名为liblto_plugin.so的插件，可以使用以下命令：

 ar --plugin liblto_plugin.so r libtest.a file1.o file2.o

需要注意的是，--plugin选项只在工具链启用了插件支持时可用。如果在构建工具链时没有启用插件支持，则无法使用该选项。

如果没有通过--plugin选项指定要加载的插件，但工具链启用了插件支持，那么AR会自动搜索${libdir}/bfd-plugins目录下的插件文件。AR会按照字母顺序遍历该目录下的文件，并使用第一个声明支持当前目标文件的插件。这种机制可以简化插件的管理和使用，无需每次都显式指定插件名称。

例如，假设${libdir}/bfd-plugins目录下有以下插件文件：

liblto_plugin.so.0.0.0
my_custom_plugin.so
other_plugin.so

当使用AR操作包含LTO信息的目标文件时，如果没有通过--plugin选项指定插件名称，AR会自动选择liblto_plugin.so.0.0.0插件，因为它在字母顺序上优先于其他插件。

需要特别注意的是，AR的--plugin选项使用的插件搜索目录与ld的-plugin选项不同。为了让AR使用ld的插件，需要将插件文件复制到${libdir}/bfd-plugins目录下。对于基于GCC的编译，ld的插件文件通常名为liblto_plugin.so.0.0.0，而基于Clang的编译则使用LLVMgold.so。GCC插件通常向后兼容早期版本，因此只需复制最新版本的插件文件即可。

3. 使用技巧

3.1 makefile打包二进制文件

在Makefile编译流程中，AR工具通常用于创建和管理静态库文件(.a文件)。静态库是一组目标文件(.o文件)的集合，可以在链接阶段被其他目标文件或可执行文件引用。通过将常用的函数、类等代码编译为静态库，可以提高代码的重用性、模块化和可维护性。

在Makefile中，AR工具的作用主要体现在以下两个方面：

创建静态库：将一组.o文件打包成一个.a静态库文件。
更新静态库：向已有的.a静态库文件中添加、删除或替换.o文件。

以下是在Makefile中使用AR工具的典型实现形式：

# 定义静态库的名称
LIBRARY = libmylib.a

# 定义静态库所包含的目标文件
OBJECTS = file1.o file2.o file3.o

# 定义编译器和编译选项
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -c

# 定义AR工具和操作选项
AR = ar
ARFLAGS = rcs

# 默认的目标：创建静态库
all: $(LIBRARY)

# 创建静态库的规则
$(LIBRARY): $(OBJECTS)
    $(AR) $(ARFLAGS) $@ $^

# 编译目标文件的规则
%.o: %.c
    $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@

# 清理生成的文件
clean:
    rm -f $(OBJECTS) $(LIBRARY)

在上面的Makefile示例中：

LIBRARY变量定义了要创建的静态库的名称，这里是libmylib.a。
OBJECTS变量定义了静态库所包含的目标文件，这里是file1.o、file2.o和file3.o。
CC和CFLAGS变量定义了编译器和编译选项，用于编译源代码文件生成目标文件。
AR和ARFLAGS变量定义了AR工具和操作选项。ARFLAGS中的r表示替换或添加目标文件，c表示在必要时创建静态库，s表示创建目标文件索引以加快访问速度。
all目标是默认目标，依赖于$(LIBRARY)，表示创建静态库。
$(LIBRARY)目标的规则描述了如何从目标文件$(OBJECTS)创建静态库。$@表示目标名称，即$(LIBRARY)，$^表示所有的依赖文件，即$(OBJECTS)。
%.o: %.c是一个隐含规则，描述了如何从.c源文件编译生成.o目标文件。
clean目标用于清理生成的中间文件和静态库文件。

当在命令行中执行make命令时，Makefile中的规则将被依次执行，最终生成静态库文件libmylib.a。

3.2 重新组合二进制文件

在某些情况下，我们可能需要从现有的静态库中提取出特定的目标文件(.o文件），并将其与其他源代码文件一起重新编译，以生成新的二进制文件。这种技术可以用于重用现有的代码库、修复特定模块中的错误、或者创建定制的库和可执行文件。以下是使用AR提取静态库中的.o文件，并与其他源代码混合编译新的二进制文件的详细步骤：

（1）使用AR的x操作提取静态库中的.o文件：

ar x libtest.a file1.o file2.o

该命令将从libtest.a静态库中提取出file1.o和file2.o两个目标文件。执行后，当前目录下会出现file1.o和file2.o文件。

（2）准备其他需要参与编译的源代码文件，例如file3.c和file4.c。

（3）使用编译器(如gcc)将提取出的.o文件和其他源代码文件一起编译，生成新的二进制文件：

gcc -o newbinary file1.o file2.o file3.c file4.c

该命令将file1.o、file2.o、file3.c和file4.c一起编译，生成名为newbinary的新二进制文件。

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Once Day

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