（二）静态库和动态库

1 什么是库

• 库文件是计算机上的一类文件，可以简单的把库文件看成一种代码仓库，它提供给使用者一些可以直接拿来用的变量、函数或类。
• 库是特殊的一种程序，编写库的程序和编写一般的程序区别不大，只是库不能单独运行。
• 库文件有两种，静态库和动态库（共享库），区别是：静态库在程序的链接阶段被复制到了程序中；动态库在链接阶段没有被复制到程序中，而是程序在运行时由系统动态加载到内存中供程序调用。
• 库的好处：1.代码保密；2.方便部署和分发。

2 静态库

2.1 命名规则

• Linux：libxxx.a
  lib：前缀（固定）
  xxx：库名，自定义
  .a：后缀（固定）
• Windows：libxxx.lib

2.2 静态库的制作

• gcc 获得 .o 文件
• 将 .o 文件打包，使用 ar 工具（archive）
  ar rcs libxxx.a xxx.o xxx.o

r – 将文件插入备存文件中
c – 建立备存文件
s – 索引

2.3 示例

当前目录文件如下：

.
├── add.c
├── div.c
├── head.h
├── mult.c
└── sub.c

head.h

#ifndef _HEAD_H
#define _HEAD_H

// 加法
int add(int a, int b);
// 减法
int subtract(int a, int b);
// 乘法
int multiply(int a, int b);
// 除法
double divide(int a, int b);

#endif

add.c

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

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

div.c

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

double divide(int a, int b)
{
    return (double)a/b;
}

mult.c

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

int multiply(int a, int b)
{
    return a*b;
}

sub.c

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

int subtract(int a, int b)
{
    return a-b;
}

执行入如下命令：
gcc -c add.c div.c mult.c sub.c
ar rcs libcalc.a add.o div.o mult.o sub.o
最终生成 libcalc.a 文件。

2.4 静态库的使用

当前目录如下：

.
├── include
│   └── head.h
├── lib
│   └── libcalc.a
├── main.c

main.c

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

int main()
{
    int a = 20;
    int b = 12;
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    printf("a + b = %d\n", add(a, b));
    printf("a - b = %d\n", subtract(a, b));
    printf("a * b = %d\n", multiply(a, b));
    printf("a / b = %f\n", divide(a, b));
    return 0;
}

执行编译编译链接命令：
gcc main.c -o app -I ./include -l calc -L ./lib

注意要以 -I 指定头文件位置，-l 指定库文件命名，-L 指定库文件地址，可以不加空格。

运行可执行文件，输出如下：

root@LDY:~/cpp-study/lesson05/library# ./app
a = 20, b = 12
a + b = 32
a - b = 8
a * b = 240
a / b = 1.666667

3 动态库

3.1 命名规则

• Linux：libxxx.so
  lib：前缀（固定）
  xxx：库名，自定义
  .so：后缀（固定）
• Windows：libxxx.dll

3.2 动态库的制作

• gcc 得到 .o 文件，得到和位置无关的代码
  gcc -c –fpic/-fPIC a.c b.c
• gcc 得到动态库
  gcc -shared a.o b.o -o libcalc.so

3.3 示例

执行入下命令：
gcc -c -fpic add.c div.c mult.c sub.c
gcc -shared add.o div.o mult.o sub.o -o libcalc.so
最终生成 libcalc.so 文件

3.4 动态库的使用

当前目录入下：

.
├── include
│   └── head.h
├── lib
│   └── libcalc.so
├── main.c

执行编译连接命令：
gcc main.c -o app -I include -L lib -l calc
运行可执行文件，会报以下错误:

./app: error while loading shared libraries: libcalc.so: cannot open shared object file: No such file or directory

3.5 动态库加载失败原因

• 静态库：GCC 进行链接时，会把静态库中代码打包到可执行程序中。
• 动态库：GCC 进行链接时，动态库的代码不会被打包到可执行程序中。
• 程序启动之后，动态库会被动态加载到内存中，通过 ldd（list dynamic dependencies）命令检查动态库依赖关系。
• 如何定位共享库文件呢？
  当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径。此时就需要系统的动态载入器来获取该绝对路径。对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so来完成的，它先后搜索elf文件的DT_RPATH段 ——> 环境变量LD_LIBRARY_PATH ——> /etc/ld.so.cache文件列表 ——> /lib/，/usr/lib目录找到库文件后将其载入内存。

使用 ldd 命令分析依赖可以发现，没有找到生成的动态库。

root@LDY:~/cpp-study/lesson06/library# ldd app
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffef8ad7000)
        libcalc.so => not found
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f223a012000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f223a215000)

3.6 解决动态库加载失败的方法

1. 将库路径添加到环境变量LD_LIBRARY_PATH中

• 会话级别
  执行以下命令
  export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/root/cpp-study/lesson06/library/lib

  打开新终端后失效

• 用户级别
  在home目录下的.bashrc文件中添加以上命令
  刷新source .bashrc或. .bashrc
• 系统级别
  在/etc/profil文件中添加以上命令

2. 更新/etc/ld.so.cache文件
   该文件为二进制文件，不能直接编辑，将动态库路径复制到/etc/ld.so.conf中间接加入

3. 将动态库复制到/lib/，/usr/lib路径下 (不推荐)
   再次执行 ldd 命令，找到了动态库

root@LDY:~/cpp-study/lesson06/library# ldd app
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffd907de000)
        libcalc.so => /root/cpp-study/lesson06/library/lib/libcalc.so (0x00007f1099925000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f1099729000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f1099931000)

4 静态库的动态库的对比

静态库、动态库区别来自链接阶段如何处理，链接成可执行程序。分别称为静态链接方式和动态链接方式。

• 静态库的优缺点
  • 优点
    • 静态库被打包到应用程序中加载速度快
    • 发布程序无需提供静态库，移植方便
  • 缺点
    • 消耗系统资源，浪费内存
    • 更新、部署、发布麻烦
      
• 动态库的优缺点
  • 优点
    • 可以实现进程间资源共享（共享库）
    • 更新、部署、发布简单
    • 可以控制何时加载动态库
  • 缺点
    • 加载速度比静态库慢
    • 发布程序时需要提供依赖的动态库
      

参考链接
https://www.nowcoder.com/study/live/504