有時候需要把一組代碼編譯成一個庫，這個庫在很多項目中都要用到，例如libc就是這樣一個庫，我們在不同的程序中都會用到libc中的庫函數（例如printf），也會用到libc中的變數（例如以後要講到的environ變數）。本節介紹怎麼創建這樣一個庫。

我們繼續用stack.c的例子。為了便於理解，我們把stack.c拆成四個程序檔案（雖然實際上沒太大必要），把main.c改得簡單一些，標頭檔stack.h不變，本節用到的代碼如下所示：

/* stack.c */
char stack[512];
int top = -1;

/* push.c */
extern char stack[512];
extern int top;

void push(char c)
{
	stack[++top] = c;
}

/* pop.c */
extern char stack[512];
extern int top;

char pop(void)
{
	return stack[top--];
}

/* is_empty.c */
extern int top;

int is_empty(void)
{
	return top == -1;
}

/* stack.h */
#ifndef STACK_H
#define STACK_H
extern void push(char);
extern char pop(void);
extern int is_empty(void);
#endif

/* main.c */
#include <stdio.h>
#include "stack.h"

int main(void)
{
	push('a');
	return 0;
}

這些檔案的目錄結構是：

$ tree
.
|-- main.c
`-- stack
    |-- is_empty.c
    |-- pop.c
    |-- push.c
    |-- stack.c
    `-- stack.h

1 directory, 6 files

我們把stack.c、push.c、pop.c、is_empty.c編譯成目標檔案：

$ gcc -c stack/stack.c stack/push.c stack/pop.c stack/is_empty.c

然後打包成一個靜態庫libstack.a：

$ ar rs libstack.a stack.o push.o pop.o is_empty.o
ar: creating libstack.a

庫檔案名都是以lib開頭的，靜態庫以.a作為尾碼，表示Archive。ar命令類似於tar命令，起一個打包的作用，但是把目標檔案打包成靜態庫只能用ar命令而不能用tar命令。選項r表示將後面的檔案列表添加到檔案包，如果檔案包不存在就創建它，如果檔案包中已有同名檔案就替換成新的。s是專用於生成靜態庫的，表示為靜態庫創建索引，這個索引被連結器使用。ranlib命令也可以為靜態庫創建索引，以上命令等價于：

$ ar r libstack.a stack.o push.o pop.o is_empty.o
$ ranlib libstack.a

然後我們把libstack.a和main.c編譯連結在一起：

$ gcc main.c -L. -lstack -Istack -o main

-L選項告訴編譯器去哪裡找需要的庫檔案，-L.表示在當前目錄找。-lstack告訴編譯器要連結libstack庫，-I選項告訴編譯器去哪裡找標頭檔。注意，即使庫檔案就在當前目錄，編譯器預設也不會去找的，所以-L.選項不能少。編譯器預設會找的目錄可以用-print-search-dirs選項查看：

$ gcc -print-search-dirs
install: /usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/
programs: =/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/:/usr/libexec/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/libexec/gcc/i486-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/../../../../i486-linux-gnu/bin/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/../../../../i486-linux-gnu/bin/
libraries: =/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/../../../../i486-linux-gnu/lib/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/../../../../i486-linux-gnu/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/../../../i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/../../../../lib/:/lib/i486-linux-gnu/4.3.2/:/lib/../lib/:/usr/lib/i486-linux-gnu/4.3.2/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/../../../../i486-linux-gnu/lib/:/usr/lib/gcc/i486-linux-gnu/4.3.2/../../../:/lib/:/usr/lib/

其中的libraries就是庫檔案的搜索路徑列表，各路徑之間用:號隔開。編譯器會在這些搜索路徑以及-L選項指定的路徑中查找用-l選項指定的庫，比如-lstack，編譯器會首先找有沒有共享庫libstack.so，如果有就連結它，如果沒有就找有沒有靜態庫libstack.a，如果有就連結它。所以編譯器是優先考慮共享庫的，如果希望編譯器只連結靜態庫，可以指定-static選項。

那麼連結共享庫和連結靜態庫有什麼區別呢？在第 2 節 “main函數和啟動常式”講過，在連結libc共享庫時只是指定了動態連結器和該程序所需要的庫檔案，並沒有真的做連結，執行檔main中調用的libc庫函數仍然是未定義符號，要在運行時做動態連結。而在連結靜態庫時，連結器會把靜態庫中的目標檔案取出來和執行檔真正連結在一起。我們通過反彙編看上一步生成的執行檔main：

$ objdump -d main
...
08048394 <main>:
 8048394:       8d 4c 24 04             lea    0x4(%esp),%ecx
 8048398:       83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
 804839b:       ff 71 fc                pushl  -0x4(%ecx)
...
080483c0 <push>:
 80483c0:       55                      push   %ebp
 80483c1:       89 e5                   mov    %esp,%ebp
 80483c3:       83 ec 04                sub    $0x4,%esp

有意思的是，main.c只調用了push這一個函數，所以連結生成的執行檔中也只有push而沒有pop和is_empty。這是使用靜態庫的一個好處，連結器可以從靜態庫中只取出需要的部分來做連結。如果是直接把那些目標檔案和main.c編譯連結在一起：

$ gcc main.c stack.o push.o pop.o is_empty.o -Istack -o main

則沒有用到的函數也會連結進來。當然另一個好處就是使用靜態庫只需寫一個庫檔案名，而不需要寫一長串目標檔案名。