学习静态库和动态库

2022-06-09 修改文章中GCC编译器的部分内容；

一、什么是库？

在windows平台和linux平台下都大量存在着库。一般是软件作者为了发布方便、替换方便或二次开发目的，而发布的一组可以单独与应用程序进行compile time或runtime链接的二进制可重定位目标码文件。

本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式，这个文件可以在编译时由编译器直接链接到可执行程序中，也可以在运行时由操作系统的runtime enviroment根据需要动态加载到内存中。

一组库，就形成了一个发布包，当然，具体发布多少个库，完全由库提供商自己决定。

由于windows和linux的本质不同，因此二者库的二进制是不兼容的。

现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库，不可能每个人的代码都从零开始，因此库的存在意义非同寻常。

共享库的好处是，不同的应用程序如果调用相同的库，那么在内存里只需要有一份该共享库的实例。

二、库的分类

库有两种：静态库和动态库（共享库）。

windows平台下，静态库通常后缀为 .lib，动态库为 .dll；

linux平台下，静态库通常后缀为 .a，动态库为 .so；

从本质上来说，由同一段程序编译出来的静态库和动态库，在功能上是没有区别的。不同之处仅仅在于其名字上，也就是“静态”和“动态”。

二者均以文件的形式存在，其本质上是一种可执行代码的二进制格式，可以被载入内存中执行。无论是动态链接库还是静态链接库，它们无非是向其调用者提供变量、函数和类。

1.静态库

所谓静态库，就是在静态编译时由编译器到指定目录寻找并且进行链接，一旦链接完成，最终的可执行程序中就包含了该库文件中的所有有用信息，包括代码段、数据段等。

2.动态库

所谓动态库，就是在应用程序运行时，由操作系统根据应用程序的请求，动态到指定目录下寻找并装载入内存中，同时需要进行地址重定向。

3.区别

我们以编译链接、载入时刻两点来讨论静态库和动态库的区别。

编译链接：

静态链接库在程序编译时会被链接到目标代码中，目标程序运行时将不再需要改动库，移植方便，体积较大，浪费空间和资源，因为所有相关的对象文件与牵涉到库都被链接合成一个可执行文件，这样导致可执行文件的体积较大。

动态库在程序编译时并不会被链接到目标代码中，而是在程序运行时才被载入，因为可执行文件体积较小。有了动态库，程序的升级会相对比较简单，比如某个动态库升级了，只需要更换这个动态库的文件，而不需要去更换可执行文件。但要注意的是，可执行程序在运行时需要能找到动态库文件。可执行文件是动态库的调用者。

载入时刻

二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序，因此体积较大。共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的，在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积较小。

4.优缺点

相对于动态库，静态库的优点在于直接被链接进可执行程序中，之后，该可执行程序就不再依赖于运行环境的设置了(当然仍然会依赖于 CPU指令集和操作系统支持的可执行文件格式等硬性限制)。

而动态库的优点在于，用户甚至可以在程序运行时随时替换该动态库，这就构成了动态插件系统的基础。具体使用静态库和动态库，由程序员根据需要自己决定。

三、库文件的制作

1.库文件的命名

静态库的名字一般为libxxxx.a，其中xxxx是该lib的名称。动态库的名字一般为libxxxx.so.x.y.z，含义如下所示：

libname.so.x.y.z

lib	name	.so	.x	.y	.z
固定代表共享库	共享库名称	固定后缀	主版本号	次版本号	发行版本号

2.制作库文件常用参数

首先需要了解gcc编译器常用的一些参数，很重要。

参数	含义
-shared	指定生成动态链接库
-static	指定生成静态链接库
-fPIC/ fpic	表示编译为位置独立的代码，用于编译共享库。目标文件需要创建成位置无关码，概念上就是在可执行程序装载它们的时候，它们可以放在可执行程序内存的任何地方
-L (大写library)	表示要链接的库在当前目录中
-I (library)	指定需要连接的动态库。编译器查找动态链接库时有隐含的命名规则，即在给出的名字前面加上lib，后面加上.so来确定库的名称
-Wall	生成所有警告信息
-ggdb	尽可能的生成gdb可用的调试信息
-g	编译器在编译时产生调试信息，可以被调试器调试
-D	在程序编译的时候，指定一个宏
-w	不生成任何警告信息
-E	预处理指定的源文件，不进行编译
-S	编译指定的源文件，但是不进行汇编
-c	只产生与处理、编译、汇编之后的代码，不链接，结果为.o文件
-o	将文件编译成可执行文件
-std	指定C方言，如：-std=c99，GCC默认的方言是GNU C

3.库源文件

编写calc.c文件：

int add(int a, int b)
{
        return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
        return a - b;
}

calc.h文件：

1 2	int add(int, int); int sub(int, int);

4.制作静态库并使用

(1) 需要把calc.c编译成.o文件

1	gcc -c calc.c

(2) 使用归档命令 ar (archive)将 .o 文件打包，生成静态库 libcalc.a

1	ar -rcs libcalc.a calc.o

r - 将文件插入备存文件中

c - 建立备存文件

s - 索引

(3) 使用静态库libcalc.a，只需要包含 calc.h 就可以使用函数 add() 和 sub()

#include <stdio.h>
#include "calc.h"

int main()
{
        printf("add(5, 4) is %d\n", add(5, 4));
        printf("sub(5, 4) is %d\n", sub(5, 4));
        return 0;
}

静态库文件可以放在任意的位置，编译时只需要找到该文件即可。

1	gcc main.c -o main libcalc.a

(4) 库和头文件如果在其他目录下，使用以下命令编译

1 2	gcc -c -l /home/xxxx/include test.c //假设test.c要使用对应的静态库 gcc -o test -L /home/xxxxx/lib test.o libcalc.a

或者：

1	gcc -c -I /home/xxxx/include -L /home/xxxxx/lib libcalc.a test.c

1). 通过-I(是大i)指定对应的头文件

2). 通过-L制定库文件的路径,libcalc.a就是要用的静态库。

3). 在test.c中要包含静态库的头文件。

5.制作动态库并使用

(1) 把 calc.c 编译成动态链接库 libcalc.so

1 2	gcc -fPIC -o libcalc.o -c calc.c gcc -shared -o libcalc.so libcalc.o

也可以直接使用一条命令

1	gcc -fPIC -shared -o libcalc.so calc.c

(2) 动态库的安装，通常动态库拷贝到 /lib 下即可

1	sudo cp libcalc.so /lib

(3) 使用动态库

#include <stdio.h>
#include "calc.h"

int main()
{
        printf("add(5, 4) is %d\n", add(5, 4));
        printf("sub(5, 4) is %d\n", sub(5, 4));
        return 0;
}

编译动态库：

1	gcc main.c -o main -lcalc

编译时动态库的名字与库文件对应关系

1	libcalc.so ---------- -lcalc

去掉 .so，lib简化成l，其他字母保留。

参考文章：

Linux 下的静态库和动态库

常用的GCC编译器参数