C++静态库与动态库

原创

小哥 3年前 (2023-05-22) 阅读数 6 #大杂烩

转自：http://www.cnblogs.com/skynet/p/3372855.html

我们这次分享了什么宗旨是 - 让每个人都学习创建和使用静态和动态库，了解静态和动态库之间的区别，并知道如何选择何时使用它们。本文不深入探讨底层格式、内存布局等。静态和动态库。有兴趣的同学可以推荐一本名为《程序员自我修养——链接、加载和库》的书。

什么是库

库是编写现有的、成熟的和可重用的代码。 实际上，每个程序都依赖于许多基本的底层库，每个人的代码都不可能从头开始。因此，图书馆的意义是非同寻常的。 。

本质上，库是可执行代码的二进制形式，可由操作系统加载到内存中执行。有两种类型的库：静态库（ .a 、 .lib ）和动态库（ .so 、 .dll ）。

所谓静态和动态，是指链接。查看将程序编译为可执行程序的步骤：

图：编译过程

静态库

之所以叫“静态库”，是因为在链接阶段，汇编生成的目标文件将是 .o 将引用的库链接并打包到可执行文件中。因此，相应的链接方法称为静态链接。

假设将静态库与程序集生成的目标文件作为可执行文件链接，因此静态库必须链接到 .o 文件格式类似。实际上，静态库可以简单地视为 一组目标文件（ .o/.obj 文件的集合 通过压缩和打包许多目标文件而形成的文件。静态库特征摘要：

l 静态库与函数库的链接是在编译期间完成的。

l 该程序在运行时不再与函数库相关，因此易于移植。

l 浪费空间和资源，因为所有相关的目标文件和所涉及的函数库都链接在一起以形成可执行文件。

这里有一些简单的四个操作来编写 C++ 类，编译成静态库供别人使用，头文件如下：

StaticMath.h 头文件

#pragma once

class StaticMath

{

public :

StaticMath( void );

~StaticMath( void );

static double add( double a, double b); // 加法

static double sub( double a, double b); // 减法

static double mul( double a, double b); // 乘法

static double div( double a, double b); // 除法

void print();

};

Linux 下使用 ar 工具、 Windows 下 vs 使用 lib.exe 将目标文件压缩在一起，并对它们进行编号和索引，以便于搜索和检索。创建静态库的一般步骤如图所示：

图：创建静态库进程

Linux 创建和使用静态库

Linux 静态库命名规则

Linux 静态库命名约定，必须 "lib[your_library_name].a" ： lib 中间带有静态库名称和扩展名的前缀 .a 。

创建静态库（ .a ）

从上面的过程可以看出， Linux 创建静态库的过程如下：

l 首先，将代码文件编译为目标文件 .o （ StaticMath.o ）

g++ -c StaticMath.cpp

参数注意事项 -c 否则，直接编译为可执行文件

l 然后，通过 ar 该工具将目标文件打包为 .a 静态库文件

ar -crv libstaticmath.a StaticMath.o

生成静态库 libstaticmath.a 。

将编写更大的项目 makefile 文件（ CMake 使用工程管理工具输入多个命令来生成静态库太麻烦了。

使用静态库

使用上面创建的静态库编写测试代码：

测试代码：

#include "StaticMath.h"

#include

using namespace std;

*int main( int argc , char argv [])**

{

double a = 10;

double b = 2;

cout << "a + b = " << StaticMath ::add(a, b) << endl;

cout << "a - b = " << StaticMath ::sub(a, b) << endl;

*cout << "a b = " << StaticMath ::mul(a, b) << endl;**

cout << "a / b = " << StaticMath ::div(a, b) << endl;

StaticMath sm;

sm.print();

system( "pause" );

return 0;

}

Linux 要使用静态库，只需在编译期间指定静态库的搜索路径（ -L 选项），指定静态库名称（不需要） lib 前缀和 .a 后缀， -l 选项）。

g++ TestStaticLibrary.cpp - L../StaticLibrary -lstaticmath

l -L ：指示要连接的库所在的目录

l -l ：指定链接所需的动态库，编译器在搜索动态链接库时有一个隐式命名约定，即添加 lib 其次 .a 或 .so 确定库的名称。

Windows 创建和使用静态库

创建静态库（ .lib ）

如果使用 VS 从命令行生成静态库还涉及生成程序的两个步骤：

l 首先，通过使用编译器的选项 /c 的 Cl.exe 编译代码 ( cl /c StaticMath.cpp ) 创建一个名为 “StaticMath.obj” 的目标文件。

l 然后，使用库管理器 Lib.exe 链接代码 ( lib StaticMath.obj ) 创建静态库 StaticMath.lib 。

当然，我们通常不会这样使用它 VS 工程设置更方便。建立 win32 使用控制台程序时，选中该框静态库类型；打开工程 “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è ” 常规 ” 选择静态库作为配置类型。

图： vs 静态库项目属性设置

Build 项目可以生成静态库。

使用静态库

测试代码 Linux 以下内容是相同的。有 3 使用方法：

方法一：

在 VS 在以下位置使用静态库方法：

l 工程 “ 属性面板 ” è “ 通用属性 ” è “ 框架和参考 ” è ” 添加引用 ” ，将显示 “ 添加引用 ” 对话框。 “ 项目 ” 该选项卡列出了当前解决方案中的各种项目以及可以引用的所有库。在 “ 项目 ” 在选项卡中，选择 StaticLibrary 。单击 “ 确定 ” 。

l 添加 StaticMath.h 必须修改头文件目录以包含目录路径。打开项目 “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è “C/C++” è ” 常规 ” ，在 “ 附加包含目录 ” 在属性值中，键入 StaticMath.h 头文件所在目录的路径或浏览到该目录。

编译运行 OK 。

图：静态库测试结果（ vs ）

如果引用的静态库不是同一解决方案下的子项目，而是使用第三方提供的静态库 lib 无法为头文件设置上述方法。也 2 这两种方法都是可行的。

方法二：

打开工程 “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è “ 链接器 ” è ” 命令行 ” 输入静态库的完整路径。

方法三：

l “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è “ 链接器 ” è ” 常规 ” 输入静态库所在的附加依赖库的目录;

l “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è “ 链接器 ” è ” 输入 ” 在附加的依赖项库中输入静态库名称 StaticLibrary.lib 。

动态库

通过上面的介绍，发现静态库易于使用和理解，也达到了代码复用的目的。那么为什么我们仍然需要动态库呢？

为什么我们仍然需要动态库？

为什么需要动态库，其实是因为静态库的特性。

l 空间浪费是静态库的一个问题。

l 另一个问题是静态库可能会在更新、部署和发布程序页面时造成麻烦。如果静态库 liba.lib 它已经更新了，所以所有使用它的应用程序都需要重新编译并发布给用户（对于玩家来说，这可能是一个小的变化，导致整个程序被重新下载）， 全量更新 ）。

编译程序时，动态库不连接到目标代码，但在程序运行时加载。 如果不同的应用程序调用同一个库，那么内存中只需要有一个共享库的实例 避免空间浪费的问题。动态库仅在程序运行时加载，这也解决了静态库导致程序页面更新、部署和发布出现问题的问题。用户只需要更新动态库， 增量更新 。

动态库特征摘要：

l 动态库会延迟加载指向某些库函数的链接，直到程序运行。

l 它可以实现进程之间的资源共享。（因此，动态库也称为共享库）

l 使升级某些程序更容易。

l 甚至可以真正实现链接加载完全由程序员在程序代码中控制（ 显示调用 ）。

Window 与 Linux 由于执行文件格式不同，创建动态库时存在一些差异。

l 在 Windows 系统下执行文件的格式为 PE 格式，动态库需要 DllMain 导出函数声明时通常需要初始化函数的入口点 _declspec(dllexport) 关键字 。

l Linux 下 gcc 编译的执行文件默认为 ELF 格式， 无需初始化入口点或为函数进行特殊声明， 写起来比较方便。

与创建静态库不同，不需要打包工具（ ar 、 lib.exe ）您可以使用编译器直接创建动态库。

Linux 创建和使用动态库

linux 动态库的命名规则

动态链接库的名称形式是 libxxx.so ，前缀是 lib ，后缀名称为” .so ”。

l 对于实际的库文件，每个共享库都有一个特殊的名称” soname "。程序启动后，程序使用此名称告诉动态加载器要加载哪个共享库。

l 在文件系统中， soname 它只是指向实际动态库的链接。对于动态库，每个库实际上都有不同的名称供编译器使用。它是一个指向实际库图像文件（ lib+soname+.so ）。

创建动态库（ .so ）

编写四个算术动态库代码：

DynamicMath.h 头文件

#pragma once

class DynamicMath

{

public:

DynamicMath(void);

~DynamicMath(void);

static double add(double a, double b);//¼Ó·¨

static double sub(double a, double b);//¼õ·¨

static double mul(double a, double b);//³Ë·¨

static double div(double a, double b);//³ý·¨

void print();

};

l 首先，生成添加了编译器选项的目标文件-fpic

g++ -fPIC -c DynamicMath.cpp

-fPIC 创建与地址无关的编译器（ pic ， position independent code ）它是为了实现多个应用程序之间的共享。

l 然后，生成动态库，添加链接器选项-shared

g++ -shared -o libdynmath.so DynamicMath.o

-shared 指定动态链接库的生成。

实际上，上述两个步骤可以组合成一个命令：

g++ -fPIC -shared -o libdynmath.so DynamicMath.cpp

使用动态库

使用动态库编写测试代码：

测试代码：

#include "../DynamicLibrary/DynamicMath.h"

#include

using namespace std;

*int main(int argc, char argv[])**

{

double a = 10;

double b = 2;

cout << "a + b = " << DynamicMath::add(a, b) << endl;

cout << "a - b = " << DynamicMath::sub(a, b) << endl;

*cout << "a b = " << DynamicMath::mul(a, b) << endl;**

cout << "a / b = " << DynamicMath::div(a, b) << endl;

DynamicMath dyn;

dyn.print();

return 0;

}

将动态库编译为可执行文件（类似于静态库）：

g++ TestDynamicLibrary.cpp -L../DynamicLibrary -ldynmath

然后运行： ./a.out 我发现我报告了一个错误!!!

你可能会推测这是因为动态库和测试程序不是同一个目录。让我们验证一下是否是这种情况：

发现或报告错误!!!那么，在执行过程中共享库文件是如何定位的呢？

1) 当系统加载可执行代码时，可以知道它所依赖的库的名称，但也需要知道绝对路径。此时，需要系统动态加载程序 (dynamic linker/loader) 。

2) 对于 elf 格式的可执行程序由 ld-linux.so* 为了完成它，它依次搜索 elf 文件的 DT_RPATH 段 - 环境变量 LD_LIBRARY_PATH — /etc/ld.so.cache 文件列表 - /lib/,/usr/lib 在目录中找到库文件并将其加载到内存中。

如何使系统能够找到它：

l 如果安装在 /lib 或者 /usr/lib 下，那么 ld 默认情况下，无需任何进一步操作即可找到它。

l 如果安装在其他目录中，则需要将其添加到 /etc/ld.so.cache 在文件中，步骤如下：

n 编辑 /etc/ld.so.conf 文件，将路径添加到库文件所在的目录

n 运行 ldconfig ，此命令将重建 /etc/ld.so.cache 文件

我们将创建的动态库复制到 /usr/lib 接下来，运行测试程序。

Windows 创建和使用动态库

创建动态库（ .dll ）

与 Linux 相比，在 Windows 在系统下创建动态库稍微麻烦一些。首先，一个 DllMain 初始化函数的入口点（创建 win32 使用控制台程序时，选中该框 DLL 类型将自动生成此文件）：

dllmain.cpp 入口文件

// dllmain.cpp : Defines the entry point for the DLL application.

#include "stdafx.h"

BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule ,

DWORD ul_reason_for_call ,

LPVOID lpReserved

)

{

switch ( ul_reason_for_call )

{

case DLL_PROCESS_ATTACH :

case DLL_THREAD_ATTACH :

case DLL_THREAD_DETACH :

case DLL_PROCESS_DETACH :

break ;

}

return TRUE ;

}

通常，在导出函数声明时，必须具有 _declspec(dllexport) 关键字：

DynamicMath.h 头文件

#pragma once

class DynamicMath

{

public :

__declspec ( dllexport ) DynamicMath( void );

__declspec ( dllexport ) ~DynamicMath( void );

static __declspec ( dllexport ) double add( double a, double b); // 加法

static __declspec ( dllexport ) double sub( double a, double b); // 减法

static __declspec ( dllexport ) double mul( double a, double b); // 乘法

static __declspec ( dllexport ) double div( double a, double b); // 除法

__declspec ( dllexport ) void print();

};

生成动态库需要设置项目属性并打开项目 “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è ” 常规 ” 选择动态库作为配置类型。

图： v 动态库项目属性设置

Build 该项目可以生成动态库。

使用动态库

创建 win32 控制台测试程序：

TestDynamicLibrary.cpp 测试程序

#include "stdafx.h"

#include "DynamicMath.h"

#include

using namespace std;

*int _tmain ( int argc , _TCHAR argv [])**

{

double a = 10;

double b = 2;

cout << "a + b = " << DynamicMath ::add(a, b) << endl;

cout << "a - b = " << DynamicMath ::sub(a, b) << endl;

*cout << "a b = " << DynamicMath ::mul(a, b) << endl;**

cout << "a / b = " << DynamicMath ::div(a, b) << endl;

DynamicMath dyn;

dyn.print();

system( "pause" );

return 0;

}

方法一：

l 工程 “ 属性面板 ” è “ 通用属性 ” è “ 框架和参考 ” è ” 添加引用 ” ，将显示 “ 添加引用 ” 对话框。 “ 项目 ” 该选项卡列出了当前解决方案中的各种项目以及可以引用的所有库。在 “ 项目 ” 在选项卡中，选择 DynamicLibrary 。单击 “ 确定 ” 。

l 添加 DynamicMath.h 必须修改头文件目录以包含目录路径。打开项目 “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è “C/C++” è ” 常规 ” ，在 “ 附加包含目录 ” 在属性值中，键入 DynamicMath.h 头文件所在目录的路径或浏览到该目录。

编译运行 OK 。

图：动态库测试结果（ vs ）

方法二：

l “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è “ 链接器 ” è ” 常规 ” 在动态库所在的附加依赖项库的目录中输入;

l “ 属性面板 ” è ” 配置属性 ” è “ 链接器 ” è ” 输入 ” 从其他依赖项库编译的输入动态库 DynamicLibrary.lib 。

在这里，你可能有一个疑问，为什么会有另一个动态库 DynamicLibrary.lib 文件？无论是静态链接库还是动态链接库，都有 lib 两者有什么区别？实际上，这两者是完全不同的东西。

StaticLibrary.lib 的大小为 190KB ， DynamicLibrary.lib 的大小为 3KB ，对应于静态库 lib 文件叫 静态库 对应于动态库 lib 文件叫【 导入库】 。实际上，静态库本身包含实际的执行代码、符号表等 对于导入库，实际执行代码位于动态库中，动态库中仅包含地址符号表等信息，以确保程序找到对应函数的一些基本地址信息 。

显式调用动态库

上面提到的动态库的使用方法与静态库类似，属于隐式调用。编译时，请指定相应的库和搜索路径。事实上，动态库也可以显式调用。【在 C 语言中】 显示和调用动态库很容易！

在 Linux 显式调用动态库

include 提供了以下接口：

l void dlopen ( const char pathname, int mode ) 该函数在指定模式下打开指定的动态连接库文件，并返回调用进程的句柄。

l void dlsym (void handle,const char* symbol) ： dlsym 基于动态链接库的处理操作 (pHandle) 与符号 (symbol) 返回与符号对应的地址。通过使用这个函数，不仅可以得到函数地址，还可以得到变量地址。

l int dlclose (void *handle) ： dlclose 用于关闭指定句柄的动态链接库，仅当此动态链接库的使用计数为 0 时 , 只有这样，系统才会真正卸载它。

l const char *dlerror(void) 当动态链接库操作函数执行失败时， dlerror 可以返回返回值为 NULL 当操作功能成功执行时。

在 Windows 显式调用动态库

应用程序必须进行函数调用才能在运行时显式加载 DLL 。显式链接到 DLL 申请必须：

l 调用 LoadLibrary （或类似函数）加载 DLL 并获取模块句柄。

l 调用 GetProcAddress 获取指向应用程序要调用的每个导出函数的函数指针。由于应用程序通过指针调用 DLL 编译器不会为函数生成外部引用，因此无需与导入库链接。

l 使用完 DLL 后调用 FreeLibrary 。

显式调用 C++ 动态库注意事项

对 C++ 例如，情况略显复杂。显式加载 C++ 动态库的难点 部分原因是因为 C++ 的 name mangling ； 另部分原因是因为没有提供合适的 API 来装载类 ，在 C++ 在中，您可能需要使用库中的类，这需要创建该类的实例，这并不容易实现。

name mangling 可以通过 extern "C" 解决。 C++ 有一个特定的关键字用于声明采用 C binding 的函数： extern "C" 。用 extern "C" 声明的函数将使用函数名称作为符号名称，就像 C 功能是相同的。因此，只有非成员函数可以声明为 extern "C" 并且不能超载。尽管有许多限制， extern "C" 函数仍然非常有用，因为它们可以像 C 该功能也是 dlopen 动态加载。加冕 extern "C" 限定符之后，并不意味着不能在函数中使用 C++ 代码，相反，它仍然是一个完整的 C++ 功能，可以使用任何 C++ 特性和各种类型的参数。

另外，如何删除 C++ 从动态库中获取类并附加一些相关文章，但我不建议这样做：

l 《 LoadLibrary 调用 DLL 中的 Class 》： http://www.cppblog.com/codejie/archive/2009/09/24/97141.html

l 《 C++ dlopen mini HOWTO 》： http://blog.csdn.net/denny_233/article/details/7255673

显式使用 C++ 动态库 Class 这是一件非常乏味和危险的事情，所以如果你可以用“隐式”而不是“显式”，如果你可以使用静态，就不要使用动态。