前言

學習Linux動態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鏈接庫、動態鏈接庫有什么好處、如何編譯出一個動態鏈接庫等幾個關于動態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，這樣的話無論是學習還是工作，都會帶來很多的不便，于是庫就出現了。

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。本質上來所庫是一種可執行的二進制文件，可以直接被操作系統載入內存執行，庫有兩種：靜態庫（.a、.lib）和動態庫（.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、變量或類，我們無需知道他們是具體是怎么實現的，我們只需要關心它是怎么使用的，比如需要哪些參數、實現什么功能、返回值是什么樣的等等。

本質上來說庫是一種可執行代碼的二進制形式，可以被操作系統載入內存執行。

靜態鏈接庫

靜態鏈接庫是指編譯鏈接時，把庫文件的代碼全部加入到可執行文件中，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庫與匯編生成的目標文件一起鏈接為可執行文件，那么靜態庫必定跟.o文件格式相似，只有這樣才能和目標文件成功鏈接。

靜態鏈接庫的特點

• 靜態庫對函數庫的鏈接是放在編譯時期完成的。

• 程序在運行時與函數庫再無瓜葛，移植方便。

• 浪費空間和資源，因為所有相關的目標文件與牽涉到的函數庫被鏈接合成一個可執行文件。

動態鏈接庫

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

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

動態庫在程序編譯時并不會像靜態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。不同的應用程序如果調用相同的庫，那么在內存里只需要有一份該共享庫的實例，規避了空間浪費問題。動態庫在程序運行是才被載入，也解決了靜態庫對程序的更新、部署和發布頁會帶來麻煩。用戶只需要更新動態庫即可，增量更新。

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

動態庫的編譯

下面通過一個例子來介紹如何生成一個動態庫。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?"<<endl;
}

dynamic_b.cpp

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

dynamic_c.cpp

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

將這幾個文件編譯成動態庫libdynamic.so。編譯命令如下：

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

參數說明：-shared：該選項指定生成動態連接庫-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的，所以動態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，我們已經生成了一個libdynamic.so的動態鏈接庫，現在我們用一個程序來調用這個動態鏈接庫。

main.cpp

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

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

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

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

測試可執行程序main是否已經鏈接的動態庫libdynamic.so，如果列出了libdynamic.so，那么就說明正常鏈接了。可以執行以下命令：

ldd?main

如果運行：

./main

出現錯誤：

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。

靜態庫的編譯

就以以上代碼演示，最好把生成的動態庫的東西全部刪掉。

編譯靜態庫

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

使用ar命令創建靜態庫文件（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)

參數說明：

  d 從指定的靜態庫文件中刪除文件 
  m 把文件移動到指定的靜態庫文件中 
  p 把靜態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庫文件中 
  r 把文件插入到靜態庫文件中 
  t 顯示靜態庫文件中文件的列表 
  x 從靜態庫文件中提取文件 
  a 把新的目標文件(*.o)添加到靜態庫文件中現有文件之后

使用nm -s 命令來查看.a文件的內容

nm?-s?libstatic.a?

鏈接靜態庫

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

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

執行以下命令，因為筆者還是用的動態庫的代碼，所以結果一樣

./main

動態鏈接庫的優點

• 節省資源；
• 可以實現進程間資源共享；
• 更新、部署、發布簡單；
• 可以控制動態庫的加載時間（何時加載）；

關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用某個動態鏈接庫函數的時候，操作系統首先會查看所有正在運行的程序，看在內存里是否已有此庫函數的拷貝了。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 “動態鏈接” 額外的開銷，卻大大的節省了系統的內存資源。C的標準庫就是動態鏈接庫，也就是說系統中所有運行的程序共享著同一個C標準庫的代碼段。

結語

我們在編寫程序的時候，可以根據需求選擇什么時候或者什么情況下，鏈接載入哪個動態鏈接庫函數。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存。

所有的函數本著 “有需求才調入” 的原則，于是大大節省了系統資源。比如現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鏈接庫來實現。

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的讀寫函數，而不是一開始就將所有的讀寫函數都載入，然后才發覺在整個程序中根本沒有用到它們。

?