Linux下的靜態(tài)鏈接庫和動態(tài)鏈接庫的區(qū)別是什么？

前言

學(xué)習(xí)Linux動態(tài)鏈接庫是一個繞不開的話題，我們今天就一起來看一下什么是動態(tài)鏈接庫、動態(tài)鏈接庫有什么好處、如何編譯出一個動態(tài)鏈接庫等幾個關(guān)于動態(tài)鏈接庫的幾個基本概念，廢話少說咱們直接開始！

鏈接庫是什么？

當使用 C 編程語言編寫一個應(yīng)用程序時，我們不可能每個程序都從最底層開始編寫，這樣的話無論是學(xué)習(xí)還是工作，都會帶來很多的不便，于是庫就出現(xiàn)了。

我們可以把庫理解成前輩給我們寫好的可以直接拿來用的、成熟的代碼。本質(zhì)上來所庫是一種可執(zhí)行的二進制文件，可以直接被操作系統(tǒng)載入內(nèi)存執(zhí)行，庫有兩種：靜態(tài)庫（.a、.lib）和動態(tài)庫（.so、.dll）。

你的代碼通常有多個庫文件，庫文件是計算機中給我們提供的一類函數(shù)、變量或類，我們無需知道他們是具體是怎么實現(xiàn)的，我們只需要關(guān)心它是怎么使用的，比如需要哪些參數(shù)、實現(xiàn)什么功能、返回值是什么樣的等等。

本質(zhì)上來說庫是一種可執(zhí)行代碼的二進制形式，可以被操作系統(tǒng)載入內(nèi)存執(zhí)行。

在這里插入圖片描述

靜態(tài)鏈接庫

靜態(tài)鏈接庫是指編譯鏈接時，把庫文件的代碼全部加入到可執(zhí)行文件中，因此生成的文件比較大，但在運行時也就不再需要庫文件了。其后綴名一般為 .a 。

我們需要注意的是靜態(tài)庫是會隨著編譯一起被編譯到 .o 文件中的，即一旦程序編譯靜態(tài)庫與匯編生成的目標文件一起鏈接為可執(zhí)行文件，那么靜態(tài)庫必定跟.o文件格式相似，只有這樣才能和目標文件成功鏈接。

靜態(tài)鏈接庫的特點

• 靜態(tài)庫對函數(shù)庫的鏈接是放在編譯時期完成的。
• 程序在運行時與函數(shù)庫再無瓜葛，移植方便。
• 浪費空間和資源，因為所有相關(guān)的目標文件與牽涉到的函數(shù)庫被鏈接合成一個可執(zhí)行文件。

動態(tài)鏈接庫

通過上面對靜態(tài)鏈接庫的介紹我們其實對庫應(yīng)該已經(jīng)有個概念了，既然有靜態(tài)鏈接庫那肯定就存在動態(tài)的鏈接庫，那什么是動態(tài)鏈接庫呢？我們一起來看一下！

我們知道靜態(tài)鏈接庫會占用很多不必要的資源，那我們就能想到動態(tài)鏈接庫的第一個特點肯定就是節(jié)省資源。

動態(tài)庫在程序編譯時并不會像靜態(tài)鏈接庫那樣被連接到目標代碼中，而是在程序運行是才被載入。不同的應(yīng)用程序如果調(diào)用相同的庫，那么在內(nèi)存里只需要有一份該共享庫的實例，規(guī)避了空間浪費問題。動態(tài)庫在程序運行是才被載入，也解決了靜態(tài)庫對程序的更新、部署和發(fā)布頁會帶來麻煩。用戶只需要更新動態(tài)庫即可，增量更新。

動態(tài)庫一般后綴名為 .so，gcc/g++在編譯時默認使用動態(tài)庫。無論靜態(tài)庫，還是動態(tài)庫，都是由 .o 文件創(chuàng)建的。

動態(tài)庫的編譯

下面通過一個例子來介紹如何生成一個動態(tài)庫。建一個頭文件：dynamic.h三個.cpp文件：dynamic_a.cpp、dynamic_b.cpp, dynamic_c.cpp我們將這幾個文件編譯成一個動態(tài)庫：libdynamic.so。

dynamic.h

#ifndef __DYNAMIC_H_
#define __DYNAMIC_H_
#include 
void dynamic_a();
void dynamic_b();
void dynamic_c();
#endif

dynamic_a.cpp

#include"dynamic.h"
void dynamic_a()
{
  cout<<"this is in dynamic_a "<

dynamic_b.cpp

#include"dynamic.h"
void dynamic_b()
{
  cout<<"this is in dynamic_b "<

dynamic_c.cpp

#include"dynamic.h"
void dynamic_c()
{
  cout<<"this is in dynamic_c "<

將這幾個文件編譯成動態(tài)庫libdynamic.so。編譯命令如下：

g++ dynamic_a.cpp dynamic_b.cpp dynamic_c.cpp -fPIC -shared -o libdynamic.so

參數(shù)說明：-shared：該選項指定生成動態(tài)連接庫-fPIC：表示編譯為位置獨立的代碼，不用此選項的話編譯后的代碼是位置相關(guān)的，所以動態(tài)載入時是通過代碼拷貝的方式來滿足不同進程的需要，而不能達到真正代碼段共享的目的。

在上面的部分，我們已經(jīng)生成了一個libdynamic.so的動態(tài)鏈接庫，現(xiàn)在我們用一個程序來調(diào)用這個動態(tài)鏈接庫。

main.cpp

#include"dynamic.h"
int main()
{
  dynamic_c();
  dynamic_c();
  dynamic_c();
  return 0;
}

將main.cpp與libdynamic.so鏈接成一個可執(zhí)行文件main，命令如下：

g++ main.cpp -L. -ldynamic -o main

參數(shù)說明：-L：表示要連接的庫在當前目錄中-ldynamic：編譯器查找動態(tài)連接庫時有隱含的命名規(guī)則，即在給出的名字前面加上lib，后面加上.so來確定庫的名稱。

測試可執(zhí)行程序main是否已經(jīng)鏈接的動態(tài)庫libdynamic.so，如果列出了libdynamic.so，那么就說明正常鏈接了?？梢詧?zhí)行以下命令：

ldd main

如果運行：

./main

出現(xiàn)錯誤：

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

錯誤原因：

ld提示找不到庫文件，而庫文件就在當前目錄中。

鏈接器ld默認的目錄是/lib和/usr/lib，如果放在其他路徑也可以，需要讓ld知道庫文件在哪里。

解決方法1：

編輯/etc/ld.so.conf文件，在新的一行中加入庫文件所在目錄；比如筆者應(yīng)添加：/home/neu/code/Dynamic_library

sudo ldconfig

目的是用ldconfig加載，以更新/etc/ld.so.cache文件。

靜態(tài)庫的編譯

就以以上代碼演示，最好把生成的動態(tài)庫的東西全部刪掉。

編譯靜態(tài)庫

g++ -c dynamic_a.cpp dynamic_b.cpp dynamic_c.cpp

使用ar命令創(chuàng)建靜態(tài)庫文件（把目標文檔歸檔）

ar cr libstatic.a dynamic_a.o dynamic_b.o dynamic_c.o  //cr標志告訴ar將object文件封裝(archive)

參數(shù)說明：

d 從指定的靜態(tài)庫文件中刪除文件 
  m 把文件移動到指定的靜態(tài)庫文件中 
  p 把靜態(tài)庫文件中指定的文件輸出到標準輸出 
  q 快速地把文件追加到靜態(tài)庫文件中 
  r 把文件插入到靜態(tài)庫文件中 
  t 顯示靜態(tài)庫文件中文件的列表 
  x 從靜態(tài)庫文件中提取文件 
  a 把新的目標文件(*.o)添加到靜態(tài)庫文件中現(xiàn)有文件之后

使用nm -s 命令來查看.a文件的內(nèi)容

nm -s libstatic.a

鏈接靜態(tài)庫

g++ main.cpp -lstatic -L. -static -o main//這里的-static選項是告訴編譯器,hello是靜態(tài)庫也可以用

//g++ main.cpp -lstatic -L.  -o main

執(zhí)行以下命令，因為筆者還是用的動態(tài)庫的代碼，所以結(jié)果一樣

./main

動態(tài)鏈接庫的優(yōu)點

• 節(jié)省資源；
• 可以實現(xiàn)進程間資源共享；
• 更新、部署、發(fā)布簡單；
• 可以控制動態(tài)庫的加載時間（何時加載）；

關(guān)于第二點我們該如何理解呢？進程間的資源共享就是說，某個程序的在運行中要調(diào)用某個動態(tài)鏈接庫函數(shù)的時候，操作系統(tǒng)首先會查看所有正在運行的程序，看在內(nèi)存里是否已有此庫函數(shù)的拷貝了。如果有，則讓其共享那一個拷貝，只有沒有才鏈接載入。

這樣的模式雖然會帶來一些 “動態(tài)鏈接” 額外的開銷，卻大大的節(jié)省了系統(tǒng)的內(nèi)存資源。C的標準庫就是動態(tài)鏈接庫，也就是說系統(tǒng)中所有運行的程序共享著同一個C標準庫的代碼段。

結(jié)語

我們在編寫程序的時候，可以根據(jù)需求選擇什么時候或者什么情況下，鏈接載入哪個動態(tài)鏈接庫函數(shù)。你可以有一個相當大的軟件，但每次運行的時候，由于不同的操作需求，只有一小部分程序被載入內(nèi)存。

所有的函數(shù)本著 “有需求才調(diào)入” 的原則，于是大大節(jié)省了系統(tǒng)資源。比如現(xiàn)在的軟件通常都能打開若干種不同類型的文件，這些讀寫操作通常都用動態(tài)鏈接庫來實現(xiàn)。

在一次運行當中，一般只有一種類型的文件將會被打開。所以直到程序知道文件的類型以后再載入相應(yīng)的讀寫函數(shù)，而不是一開始就將所有的讀寫函數(shù)都載入，然后才發(fā)覺在整個程序中根本沒有用到它們。