一个程序的前世今生（三）——动态链接库和静态链接库

简介：

　　在程序编写的时候我们会依赖很多底层的实现（除非单纯操作简单的硬件如单片机点灯），所以不可能永远从零开始书写，因此不可避免的会使用到很多库文件，那么什么是库文件。

一：什么是库

　　库是写好的现有的，成熟的，可以复用的代码。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。

　　本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式，可以被操作系统载入内存执行。库有两种：静态库（.a、.lib）和动态库（.so、.dll）。

二：什么是静态库

　　在计算机科学中，静态库（英语：Static library, Statically-linked library），或称静态库，是一个外部函数与变量的集合体。静态库的文件内容，通常包含一堆程序员自定的变量与函数，其内容不像动态链接库那么复杂，在编译期间由编译器与链接器将它集成至应用程序内，并制作成目标文件以及可以独立运作的可执行文件。而这个可执行文件与编译可执行文件的程序，都是一种程序的静态创建（static build）。以过去的观点来说，库只能算是静态（static）类型。

　　使用静态方式编译hello文件，执行如下命令： gcc -static -o hello hello.c， 标准库将被静态的链接到可执行文件中，多个可执行文件使用同一个静态库将会使静态库拷贝多份，对比静态方式和动态方式编译出的可执行文件

　　

　　2.1 生成静态库的方法如下：

• 编译object文件。例如：cc -Wall -c test1.c test2.c，该命令会生成test1.o和、test2.o(其中-Wall表示编译时输出警告)。
• 创建库文件。ar -cvq libctest.a test1.o test2.o。该命令会得到一个libctest.a文件
• 可以通过ar -t查看.a文件中包含哪些.o。所以，实际上ar就是一个打包命令，类似tar
• 构建符号表。ranlib libctest.a用于为.a创建符号表。有些ar命令实际上已经集成了ranlib的功能

 

三： 什么时动态库

　　动态库即动态链接库。与静态库相反，动态库在链接时不复制(目标程序中只会存储指向动态库的引用)，程序运行时由系统动态加载到内存，系统只加载一次，多个程序共用，节省内存。

　　编译可执行文件使用动态库时不添加static参数，参考上图。

　　3.1 生成动态库的方法如下：

• 编译object文件时使用-fPIC（位置无关码）选项：

• gcc -Wall -fPIC -c *.c

　　这个选项的目的是让编译器生成地址无关(position independent)的代码，这是因为，动态库是在运行期间链接的，变量和函数的偏移量是事先不知道的，需要链接以后根据offset进行地址重定向。

• 使用-shared链接

  gcc -shared -Wl,-soname,libtest.so.1 -o libtest.so.1.0 *.o

　　-shared选项是让动态库得以在运行期间被动态链接;-Wl,options是设置传递给ld(链接器)的参数，在上面的例子中，当链接器在链接.o时会执行ld -soname ibtest.so.1

• 创建软链

　　上面的命令将最终输出一个动态库libtest.so.1.0，而出于习惯，会创建两个软链:

　　mv libtest.so.1.0 /opt/lib
　　ln -sf /opt/lib/libtest.so.1.0 /opt/lib/libtest.so.1
　　ln -sf /opt/lib/libtest.so.1.0 /opt/lib/libtest.so

　　libtest.so用于在编译期间使用-ltest让编译器找到动态库，而libtest.so.1用于在运行期间链接。

 

　　3.2 运行期间查找动态库

 

　　　　运行期间，系统需要知道到哪里去查找动态库，这是通过/etc/ld.so.conf配置的。ldconfig用于配置运行时动态库查找路径，实际是更新/etc/ld.so.cache。另外一些环境变量也可以影响查找：(Linux/Solaris: LD_LIBRARY_PATH, SGI: LD_LIBRARYN32_PATH, AIX: LIBPATH, Mac OS X: DYLD_LIBRARY_PATH, HP-UX: SHLIB_PATH)

　　3.3 动态加载和卸载的库

　　需要应用程序希望设计成插件化的架构，这就需要可以动态加载和卸载库的机制。与动态链接不同的是，动态加载的意思是，编译期间可以对动态库的存在一无所知，而是在运行期间通过用户程序尝试加载进来的。

　　通过dlfcn.h中的dlopen、dlsym和dlclose等函数实现此种功能。

　　另外，使用到dlfcn机制的可执行文件需要使用-rdynamic选项，它将指示连接器把所有符号（而不仅仅只是程序已使用到的外部符号，但不包括静态符号，比如被static修饰的函数）都添加到动态符号表（即.dynsym表）里。