C/C++编程：静态库和动态库

r囧r小猫 2022-04-22 10:24 277阅读 0赞

# 目标库 #

*  所谓目标库是这样一种文件：将一组函数加以编译，并置于一个文件中，供其他应用程序调用。
 *  现代Unix系统提供两种类型的对象库，静态库和动态库

构建程序的一种方式是简单地将每一个源文件编译成目标文件，然后将这些目标文件链接在一起组成一个可执行程序，如下所示  
![在这里插入图片描述][20210603101914725.png]

>  *  在上面的 cc 命令中使用了-g 选项以在编译过的程序中包含调试信息。**一般来讲，创建允许调试的程序和库是一种比较好的做法**。（在早期，有时候会忽略调试信息，这样产生的可执行文件会占用更少的磁盘和 RAM，但现在磁盘和 RAM 已经非常便宜了。）
>  *  链接实际上是由一个单独的链接器程序 ld 来完成的。当使用 cc（或 gcc）命令链接一个程序时，编译器会在幕后调用 ld。**在 Linux 上应该总是通过 gcc 间接地调用链接器，因为gcc 能够确保使用正确的选项来调用 ld 并将程序与正确的库文件链接起来**。

在很多情况下，源代码文件也可以被多个程序共享。

*  因此要降低工作量的第一步就是将这些源代码文件只编译一次，然后在需要的时候将它们链接进不同的可执行文件中。
 *  虽然这项技术能够节省编译时间，但其缺点是在链接的时候仍然需要为所有目标文件命名。
 *  此外，大量的目标文件会散落在系统上的各个目录中，从而造成目录中内容的混乱

为解决这个问题，可以将一组目标文件组织成一个被称为对象库的单元。对象库分为两种：静态的和共享的。共享库是一种更加现代化的对象库，它比静态库更具优势。

## 静态库 ##

静态库也被称为归档文件，它是 UNIX 系统提供的第一种库。

*  本质上，静态库是对已编译目标模块的一组结构化整合。
 *  要使用静态库中的函数，需要在创建程序的链接命令中指定相应的库。主程序会对静态库中隶属于各目标模块的不同函数加以引用。链接器在解析了引用情况后，会从库中抽取所需**目标模块的副本**，将其复制到最终的可执行文件中，也就是所谓的**静态链接**。
 *  对于所需库内的各目标模块，采用静态链接方式生成的程序都存有一份副本。这会引起很多不便：
    
     *  在不同的可执行文件中，可能存在相同目标代码的副本，这是对磁盘空间的浪费。
     *  调用同一库函数的程序，若均以静态链接方式生成，且又于同时加以执行，这会造成内存浪费，因为每个程序所调用的函数都各有一份副本驻留在内存中
     *  如果对库函数进行了修改，需要重新加以编译、生成新的静态库，而所有需要调用该函数“更新版”的应用，都必须与新生成的静态库重新链接

## 动态库 ##

> 共享库是一种将库函数打包成一个单元使之能够在运行时被多个进程共享的技术。这种技术能够节省磁盘空间和 RAM。

将程序与静态库链接起来时（或没有使用静态库），得到的可执行文件会包含所有被链接进程序的目标文件的副本。这样当几个不同的可执行程序使用了同样的目标模块时，每个可执行程序会拥有自己的目标模块的副本。这种代码的冗余存在几个缺点。

*  存储同一个目标模块的多个副本会浪费磁盘空间，并且所浪费的空间是比较大的。
 *  如果几个使用了同一模块的程序在同一时刻运行，那么每个程序会独立地在虚拟内存中保存一份目标模块的副本，从而提高系统中虚拟内存的整体使用量。
 *  如果需要修改一个静态库中的一个目标模块（可能是因为安全性或需要修正 bug），那么所有使用那个模块的可执行文件都必须要重新进行链接以合并这个变更。这个缺点还会导致系统管理员需要弄清楚哪些应用程序链接了这个库

共享库就是设计用来解决这些缺点的。共享库的关键思想是目标模块的单个副本由所有

需要这些模块的程序共享。目标模块不会被复制到链接过的可执行文件中，相反，当第一个需要共享库中的模块的程序启动时，库的单个副本就会在运行时被加载进内存。当后面使用同一共享库的其他程序启动时，它们会使用已经被加载进内存的库的副本。使用共享库意味着可执行程序需要的磁盘空间和虚拟内存（在运行的时候）更少了

共享库还具备下列优势。

*  由于整个程序的大小变得更小了，因此在一些情况下，程序可以完全被加载进内存中，从而能够更快地启动程序。这一点只有在大型共享库正在被其他程序使用的情况下才成立。第一个加载共享库的程序实际上在启动时会花费更长的时间，因为必须要先找到共享库并将其加载到内存中。
 *  由于目标模块没有被复制进可执行文件中，而是在共享库中集中维护的，因此在修改目标模块时无需重新链接程序就能够看到变更，甚至在运行着的程序正在使用共享库的现有版本的时候也能够进行这样的变更

这项新增功能的主要开销如下所述

*  **共享库在编译时必须要使用位置独立的代码**，这在大多数架构上都会带来性能开销，因为它需要使用额外的一个寄存器
 *  在运行时必须要执行符号重定位。在符号重定位期间，需要将对共享库中每个符号（变量或函数）的引用修改成符号在虚拟内存中的实际运行时位置。由于存在这个重定位的过程，与静态链接程序相比，一个使用共享库的程序或多或少需要花费一些时间来执行这个过程

# 总结：静态链接和动态链接的区别 #

*  静态链接是在编译链接时直接将需要的执行代码拷贝到调用处
    
     *  优点在于程序发布时不需要依赖库，可以独立执行
     *  缺点在于程序的体积会相对比较大，而且如果静态库更新之后，所有可执行文件需要直接拷贝
 *  动态链接是在编译时不需要直接拷贝代码，而是通过记录一系列符号和参数，在程序运行或者加载时将这些信息传递给操作系统，操作系统负责将需要的动态库加载到内存中，然后程序在运行到指定代码时，在共享执行内存中寻找已经加载的动态库可执行代码，实现运行时链接  
    \- 优点在于多个程序可以共享同一个动态库，节省资源  
    \- 缺点在于由于运行时加载，可能影响程序的前期执行性能

[20210603101914725.png]: /images/20220422/c5a07cd7984f424381a6929a245ab91c.png