链接库¶
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总览¶
库 (Library)，是包含可重用代码和数据的模块。
构建链接库¶
下图给出了一般的可执行文件 (executable)、静态链接库 (static library)、动态链接库 (dynamic library) 的构建过程。
flowchart TD
source["源文件 (*.c, *.cpp)"] -->|编译| target["目标文件 (*.o)"]
header["头文件 (*.h)"] --- source
target -->|链接| executable["可执行文件 (ELF等)"]
target -->|ar rcs| staticlib["静态链接库 (*.a)"]
target -->|gcc -shared| dynamiclib["动态链接库 (*.so)"]使用链接库¶
下图给出了使用链接库的方式。
flowchart TD
source["源文件 (*.c, *.cpp)"] -->|编译| target["目标文件 (*.o)"]
header["头文件 (*.h)"] --- source
target --> linker["链接器"]
staticlib["**静态链接库** (链接步骤加入)"] --> linker
linker --> executable["可执行文件 (ELF等)"]
dynamiclib["**动态链接库** (运行时加载)"] --> executable源代码¶
对于 C 程序而言，链接库的源代码就是普通函数、变量之类，并无太多特殊要求。例如，创建并进入目录 lib，在 square.c 源文件中写一个函数 square：
对应的，需要在头文件 square.h 中加入这个函数的原型 (prototype)：
以便其他使用链接库的程序知道如何使用这个函数 (即使这些程序不知道函数内部的实现)。
因为链接库不是完整的、可以独立运行的程序，因此不需要入口点 (比如 main 函数)。
静态链接库¶
静态链接库是在链接步骤就加入的链接库类型。
构建¶
首先按照正常方法编译得到 .o 文件：
然后使用 ar 程序创建静态链接库 libsquare.a：
注意这里的 libsquare.a 是命名惯例：一般静态链接库的文件名需要为 lib<名称>.a。
到这里就完成了静态链接库的创建。
使用¶
另一个 C 程序 main.c 中使用了 square 函数，那么首先需要包含 square.h 头文件，这样才能知道这个函数的原型，然后就可以正常调用了。
#include <stdio.h>
#include "lib/square.h"
int main(void)
{
int a;
scanf("%d", &a);
printf("%d^2 = %d\n", a, square(a));
return 0;
}
下面的命令可以将这个程序直接编译 - 链接到可执行文件 main (也可以分开成单独的编译步骤、链接步骤)。
这里，-L./lib 表示要求链接器在 ./lib 中寻找链接库，-lsquare 表示需要链接 libsquare.a 这个静态链接库文件。
编译好之后，就可以正常使用了。由于静态链接库中的代码会被直接合并到链接产生的可执行文件 main 中，因此运行时不需要文件 libsquare.a。
动态链接库¶
动态链接库与静态链接库类似，都是首先需要对库的代码进行编译。但是，动态链接库需要生成位置无关代码 (PIC)，且是在依赖这个库的程序运行时由加载器 (loader) 动态加载到内存空间中的。
关于动态加载
如果多个程序共用一份动态链接库，那么内存中可以只有一份动态链接库的二进制代码，所有程序通过虚拟内存机制“看到”这份二进制代码，而非像静态链接库那样每个依赖于它的程序中都嵌入一份，有效节约了空间。
也正因为此，动态库和依赖于动态库的程序是分开存储的 (两个不同的文件)，这可能会带来一些问题：
- 不同版本的动态库可能都安装在系统上，如果使用了不正确的版本，库提供的接口可能不对应，这会导致栈不平衡等严重的问题。
- 动态链接库 (特别是常用的那些) 有被恶意修改的可能，如果程序依赖一个动态库而它被修改的话，几乎可以执行任意代码。
适用范围
本文介绍 Linux 上的静态链接库 (一般为
.a文件) 和动态链接库 (一般为.so文件)。注意：这里的链接库是指包含了可执行二进制代码的库，并不是头文件 (Header file)、Python 库等。