【Linux技术】Windows与Linux系统下的库·初探
库的定义
库文件是一些预先编译好的函数的集合，那些函数都是按照可再使用的原则编写的。它们通常由一组互相关联的用来完成某项常见工作的函数构成，从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。
无论在Windows 平台还是Linux平台下都存在大量的库，但由于Windows 和Linux 的本质不同，因此二者的库的二进制是不兼容的。
库的分类
- Windows 下的库有两种：静态库(.lib)和动态链接库(.dll)。
- Linux 下的库有两种：静态库(.a)和共享库(.so)。
- Linux 下的静态库的名字一般为libxxxx.a，其中xxxx 是该lib 的名称
- Linux 下的动态库的名字一般为libxxxx.so.major.minor，xxxx 是该lib 的名称，major 是主版本号，minor 是副版本号。
Windows与Linux下库的异同
Linux 的共享库(.so)就象Windows 的动态链接库(.dll)，它里面包含有很多程序常用的函数。为了方便程序开发和减少程序的冗余，程序当中就不用包 含每个常用函数的拷贝，只是在需要时调用共享库中常函数即可。这种方式我们称之为动态链接(Dynamically Linked)。
而有时我们不希望叫程序去调用共享库的函数，而是把库函数代码直接链接进程序代码中，也就是说，在程序本身拥有一份共享库中函数的副本。 这种方式我们称之为静态链接（Statically Linked）。
所以，简单的讲静态库和共享库(动态库)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。
Windows下的动态链接库(dll)与Linux下的共享库(.so)的差别
.dll 文件事实上和.exe 文件一样，同属 PE格式的执行文件。对于隐式的引用外部符号，需要把外部符号所在的位置写在PE 头上。PE 加载器将从PE 头上找到依赖的符号表，并加载依赖的其它.dll 文件。
而在Linux 上并非如此！.so 文件大多为elf 执行文件格式。当它们需要的外部符号，可以不写明这些符号所在的位置。也就是说，通常.so 文件本身并不知道它依赖的那些符号在哪些.so 里面。这些符号是由调用dlopen 的进程运行时提供的。
我们在Windows 下做一个.dll 文件时还需要携带一个.lib 文件；而在Linux 下一般只需要有相应的头文件就够了。对于编写新的.so，找不到的 符号可以就让它在那里，直到最终执行文件来把所有需要的符号联合到一起。windows可以存在一个.dll 对另一个.dll 的隐式依赖；而Linux 下一般不需要让.so 和.so 有隐式依赖关系。
Windows与Linux系统的动态库差异分析
动态链接库技术实现和设计程序常用的技术，在 Windows 和Linux 系统中都有动态库的概念，采用动态库可以有效的减少程序大小，节省空间，提 高效率，增加程序的可扩展性，便于模块化管理。但不同操作系统的动态库由于格式 不同，在需要不同操作系统调用时需要进行动态库程序移植。
1. 引言
动态库（Dynamic Link Library abbr，DLL）技术是程序设计中经常采用的技术。其目的减少程序的大小，节省空间，提高效率，具有很高的灵活性。采用动态库技术对于升级软件版本更加 容易。与静态库（Static Link Library）不同，动态库里面的函数不是执行程序本身的一部分，而是根据执行需要按需载入，其执行代码可以同时在多个程序中共享。
在Windows 和Linux 操作系统中，都可采用这种方式进行软件设计，但他们的调用方式以及程序编制方式不尽相同。
2. Windows 动态库技术
动态链接库是实现Windows 应用程序共享资源、节省内存空间、提高使用效率的一个重要技术手段。常见的动态库包含外部函数和资源，也有一些 动态库只包含资源，如Windows 字体资源文件，称之为资源动态链接库。通常动态库以.dll，.drv、.fon 等作为后缀。相应的windows 静 态库通常以.lib 结尾，Windows 自己就将一些主要的系统功能以动态库模块的形式实现。
Windows 动态库在运行时被系统加载到进程的虚拟空间中，使用从调用进程的虚拟地址空间分配的内存，成为调用进程的一部分。DLL 也只能被 该进程的线程所访问。DLL 的句柄可以被调用进程使用；调用进程的句柄可以被DLL 使用。DLL 模块中包含各种导出函数，用于向外界提供服务。DLL 可以 有自己的数据段，但没有自己的堆栈，使用与调用它的应用程序相同的堆栈模式；一个DLL 在内存中只有一个实例；DLL 实现了代码封装性；DLL的编制与具 体的编程语言及编译器无关，可以通过 DLL 来实现混合语言编程。DLL 函数中的代码所创建的任何对象（包括变量）都归调用它的线程或进程所有。
根据调用方式的不同，对动态库的调用可分为静态调用方式和动态调用方式。
- 静态调用，也称为隐式调用，由编译系统完成对DLL 的加载和应用程序结束时DLL卸载的编码（Windows 系统负责对DLL 调用次数的 计数），调用方式简单，能够满足通常的要求。通常采用的调用方式是把产生动态连接库时产生的.LIB 文件加入到应用程序的工程中，想使用DLL 中的函数 时，只须在源文件中声明一下。 LIB 文件包含了每一个DLL导出函数的符号名和可选择的标识号以及 DLL 文件名，不含有实际的代码。Lib 文件包含的信息进入到生成的应用程序中，被调用的 DLL文件会在应用程序加载时同时加载在到内存中。
- 动态调用，即显式调用方式，是由编程者用API 函数加载和卸载DLL 来达到调用 DLL 的目的，比较复杂，但能更加有效地使用内存，是编制大型应用程序时的重要方式。
在Windows 系统中，与动态库调用有关的函数包括：
- LoadLibrary（或MFC 的AfxLoadLibrary），装载动态库。
- GetProcAddress，获取要引入的函数，将符号名或标识号转换为DLL 内部地址。
- FreeLibrary（或MFC 的AfxFreeLibrary），释放动态链接库。
在windows 中创建动态库也非常方便和简单。在Visual C 中，可以创建不用MFC 而直接用C 语言写的DLL 程序，也可以创建基于MFC 类库的DLL 程序。每一个DLL 必须有一个入口点，在VC中，DllMain 是一个缺省的入口函数。DllMain 负责初始化(Initialization)和结束(Termination)工作。动态库输出 函数也有两种约定，分别是基于调用约定和名字修饰约定。DLL 程序定义的函数分为内部函数和导出函数，动态库导出的函数供其它程序模块调用。
通常可以有下 面几种方法导出函数：
- 采用模块定义文件的EXPORT 部分指定要输入的函数或者变量。
- 使用MFC 提供的修饰符号_declspec(dllexport)。
- 以命令行方式，采用/EXPORT 命令行输出有关函数。
在windows 动态库中，有时需要编写模块定义文件(.DEF)，它是用于描述DLL 属性的模块语句组成的文本文件。
3. Linux 共享对象技术
在Linux 操作系统中，采用了很多共享对象技术（Shared Object），虽然它和Windows里的动态库相对应，但它并不称为动态库。相应的共享对象文件以.so 作为后缀。
Linux 系统的/lib 以及标准图形界面的/usr/X11R6/lib等目录里面，就有许多以so 结尾的共享对象。同样，在Linux下，也有静态函数库这种调用方式，相应的后缀以.a 结束。Linux 采用该共享对象技术以方便程序间共享，节省程序占有空间，增加程序的可扩展性和灵活性。Linux 还可以通过LD-PRELOAD 变量让开发人员可以使用自己的程序库中的模块来替换系统模块。
同Windows 系统一样，在Linux 中创建和使用动态库是比较容易的事情，在编译函数库源程序时加上-shared 选项即可，这样所生成的执行程序就是动态链接库。通常这样的程序以 so为后缀，在Linux 动态库程序设计过程中，通常流程是编写用户的接口文件，通常是.h 文件，编写实际的函数文件，以.c 或.cpp 为后缀，再编写makefile 文件。对于较小的动态库程序可以不用如此，但这样设计使程序更加合理。
编译生成动态连接库后，进而可以在程序中进行调用。在Linux 中，可以采用多种调用方式，同Windows 的系统目录 (..\system32等)一样，可以将动态库文件拷贝到/lib 目录或者在/lib 目录里面建立符号连接，以便所有用户使用。
下面看看Linux 调用动态库经常使用的函数，但在使用动态库时，源程序必须包含dlfcn.h 头文件，该文件定义调用动态链接库的函数的原型。
- 打开动态链接库：dlopen，函数原型void *dlopen (const char *filename, int flag); dlopen 用于打开指定名字(filename)的动态链接库，并返回操作句柄。
- 取函数执行地址：dlsym，函数原型为: void *dlsym(void *handle, char *symbol); dlsym 根据动态链接库操作句柄(handle)与符号(symbol)，返回符号对应的函数的执行代码地址。
- 关闭动态链接库：dlclose，函数原型为: int dlclose (void *handle); dlclose 用于关闭指定句柄的动态链接库，只有当此动态链接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。
- 动态库错误函数：dlerror，函数原型为: const char *dlerror(void); 当动态链接库操作函数执行失败时，dlerror 可以返回出错信息，返回值为NULL 时表示操作函数执行成功。
除了采用这种方式编写和调用动态库之外，Linux 操作系统也提供了一种更为方便的动态库调用方式，也方便了其它程序调用，这种方式与 Windows 系统的隐式链接类似。其动态库命名方式为“lib*.so.*”。在这个命名方式中，第一个*表示动态链接库的库名，第二个* 通常表示该动态库的版本号，也可以没有版本号。在这种调用方式中，需要维护动态链接库的配置文件/etc/ld.so.conf 来让动态链接库为系统所使用，通常将动态链接库所在目录名追加到动态链接库配置文件中。
如具有 X window 窗口系统发行版该文件中都具有/usr/X11R6/lib，它指向X window 窗口系统的动态链接库所在目录。为了使动态链接库能为系统所共享，还需运行动态链接库的管理命令./sbin/ldconfig。
在编译所引用的动态库时，可以在 gcc采用 -l 或-L 选项或直接引用所需的动态链接库方式进行编译。在 Linux 里面，可以采用ldd 命令来检查程序依赖共享库。
4. 两种系统动态库比较分析
Windows 和Linux 采用动态链接库技术目的是基本一致的，但由于操作系统的不同，他们在许多方面还是不尽相同。
- 动态库程序编写，在Windows 系统下的执行文件格式是PE 格式，动态库需要一个DllMain函数作为初始化的人口，通常在导出函数的声明时需要有_declspec(dllexport)关键字。Linux 下的gcc 编译的执行文件默认是ELF 格式，不需要初始化入口，亦不需要到函数做特别声明，编写比较方便。
- 动态库编译，在windows 系统下面，有方便的调试编译环境，通常不用自己去编写makefile 文件，但在linux 下面，需要自己动手去编写makefile文件，因此，必须掌握一定的makefile 编写技巧，另外，通常Linux 编译规则相对严格。
- 动态库调用方面，Windows 和Linux 对其下编制的动态库都可以采用显式调用或隐式调用，但具体的调用方式也不尽相同。
- 动态库输出函数查看，在Windows 中，有许多工具和软件可以进行查看DLL 中所输出的函数，例如命令行方式的dumpbin 以及VC 工具中的DEPENDS 程序。在Linux 系统中通常采用nm 来查看输出函数，也可以使用ldd 查看程序隐式链接的共享对象文件。
- 对操作系统的依赖，这两种动态库运行依赖于各自的操作系统，不能跨平台使用。因此，对于实现相同功能的动态库，必须为两种不同的操作系统提供不同的动态库版本。
