静态库与动态库区别

什么是库

库是写好的，成熟的，可以复用的代码，一般程序运行都需要依赖许多底层库文件。

本质上来说库是一种可可执行代码的二进制形式，可以被操作系统载入内存执行，库有两种：静态库（.a、.lib）和动态库（.so、.dll）。

静态、动态是指链接，将一个程序编译成可执行程序步骤如下：

程序编译过程

静态库

所谓静态库，是因为在链接阶段，会将汇编生成的目标文件.o与引用到的库一起链接打包到可执行文件中，对应的链接方式成为静态链接。

静态库与汇编生成的目标文件一起链接成为可执行文件，那么可以得出，静态库的格式跟.o文件格式相似，其实一个静态库可以简单看成是一组目标文件（.o/.ojb文件）的集合，即很多目标文件经过压缩打包后形成的一个文件。

• 优点
  • 程序在运行时与函数库就没有关系，移植方便
• 缺点
  • 浪费空间和资源，所有相关的目标文件与牵涉的函数库被链接合成一个可执行文件

Linux下创建与使用静态库

Linux下静态库命名规则

必须是lib{your_library_name}.a：lib为前缀，中间是静态库名，扩展名为.a

创建静态库（.a）

下面以一个简单四则运算C++类为例，将其编译为静态库给他人用。

头文件

class StaticMath {
  public:    
    static double add(double a, double b);
    static double sub(double a, double b);
    static double mul(double a, double b);
    static double div(double a, double b);
    void print();
};

实现

#include "StaticMath.h"
#include <iostream>

double StaticMath::add(double a, double b) {
  return a + b;
}

double StaticMath::sub(double a, double b) {
  return a - b;
}

double StaticMath::mul(double a, double b) {
  return a * b;
}

double StaticMath::div(double a, double b) {
  return a / b;
}

void StaticMath::print() {
  std::cout << "Static Math Library" << std::endl;
}

Linux通过ar工具，Windows下vs使用lib.exe，将目标文件压缩到一起，并且对其进行编号和索引，以便于查找和检索。一般创建静态库的步骤如下：

创建静态库过程

• 将代码文件编译为目标文件.o（StaticMath.o）

g++ -c StaticMath.cpp

• 通过ar命令将目标文件打包为.a静态文件

ar -crv libstaticmath.a StaticMath.o

生成静态库libstaticmath.a

使用静态库

• 编写测试代码

#include "StaticMath.h"
#include <iostream>

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();  
  return 0;
}

Linux环境下使用静态库，只需要在编译的时候，指定静态库搜索路径（-L选项）和指定库名
（-l选项）

# 编译
g++ -o staticmatch StaticMathTest.cpp -L/home/username/googletest/mybuild/mytest  -lstaticmath
# 执行
./staticmatch

动态库

为什么需要动态库？

• 静态库会造成空间浪费，如下图：

• 静态库对程序更新、部署和发布会带来麻烦，如果静态库更新，则所有使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户（一个小的改动，可能导致整个程序重新下载）。

动态库优点

• 可以实现进程之间资源共享（因此动态库也称为共享库），如下图：

• 使程序升级变得简单

Linux下创建与使用动态库

Linux下动态库命名规则
命名形式为libxxx.so，前缀是lib，后缀名为“.so”

创建静态库（.so）

类似四则运算代码

头文件

class DynamicMath {
  public:       
    static double add(double a, double b);
    static double sub(double a, double b);
    static double mul(double a, double b);
    static double div(double a, double b);
    void print();
};

实现

#include "DynamicMath.h"
#include <iostream>

double DynamicMath::add(double a, double b) {
  return a + b;
}

double DynamicMath::sub(double a, double b) {
  return a - b;
}

double DynamicMath::mul(double a, double b) {
  return a * b;
}

double DynamicMath::div(double a, double b) {
  return a / b;
}

void DynamicMath::print() {
  std::cout << "DynamicMath Math Library" << std::endl;
}

与静态库不同，创建动态库不需要打包工具（ar，lib.exe），直接使用编译器即可创建动态库。

• 生成目标文件，加编译选项-fpic

g++ -fPIC -c DynamicMath.cpp

• 生成动态库，加编译选项-shared

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

上面两个命令也可以合并为一个

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

使用静态库

• 编写测试代码

#include "DynamicMath.h"
#include <iostream>

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;
}

由于动态库是在程序运行时进行链接，所以在程序运行时需要让系统能够找到动态库，系统一般会依次搜索：环境变量LD_LIBRARY_PATH、/etc/ld.so.cache文件列表、/lib、/usr/lib目录找到库文件后将其载入内存。因此主要有三种方法来设置动态库路径。

• 将动态库绝对路径加入环境变量LD_LIBRARY_PATH
• 将动态库绝对路径加入/etc/ld.so.cache文件中，步骤如下：
  • 编辑/etc/ld.so.conf文件，加入文件所在目录的路径
  • 运行ldconfig，重建/etc/ld.so.cache
• 将动态库移到/lib或/usr/lib中

# 编译
g++ -o dynamicmath DynamicMathTest.cpp -L/home/dgh/googletest/mybuild/mytest -ldynmath
# 执行
./dynamicmath # 需要先设置好动态库路径

参考资料

C++静态库与动态库