windows + visual studio 2019 使用cmake 编译构建静、动态库并调用详解

news2025/2/10 22:44:24

环境
windows + visual studio 2019
visual studio 2019创建cmake工程

1. 静态库.lib

1.1 静态库编译生成

以下是我创建的cmake工程文件结构，只关注高亮文件夹部分
在这里插入图片描述

  • libout 存放编译生成的.lib文件
  • libsrc 存放编译用的源代码和头文件
  • CMakeLists.txt 此次编译CMake项目的配置文件

接着我们看一下我们的代码， 代码注释很详细

libscr/add.h 头文件中声明了两个不同精度的求和函数

// #ifndef...  #define...   #endif... 防止头文件被重复调用的时候头文件中多次定义报错， 意思只定义一次
#ifndef ADD_H
#define ADD_H

int add(int, int);
double add(double, double);

#endif

libscr/add.cpp 源文件是两个不同精度的求和函数的定义

// add.cpp
#include "add.h"

// 重载 int 类型的加法
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 重载 double 类型的加法
double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

CMakeLists.txt

  • add_library()中 addlib 是生成的.lib名称；STATIC 指定的是生成库类型为静态库
  • set_target_properties 设置静态库存放路径为libout文件夹下
# CMakeList.txt: 顶层 CMake 项目文件，在此处执行全局配置
# 并包含子项目。
#
cmake_minimum_required (VERSION 3.8)
project ("libgen")
# 设置c++标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

# 生成静态库并指定静态库存放路径
add_library(addlib STATIC libsrc/add.cpp)
set_target_properties(addlib PROPERTIES ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/libout)

全部重新生成，即可将编译的.lib文件生成到指定的文件夹下
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

1.2 静态库使用

同样只关注高亮文件夹部分
在这里插入图片描述

  • libinclude 存放头文件，直接从libscr 将头文件copy过来即可
  • libout 1.1中编译生成的.lib文件
  • libuse 调用lib的代码实现
  • CMakeLists.txt 此次编译执行的CMake项目的配置文件

libuse/main.cpp 调用静态库中的add求和函数实现

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

int main() {
	int a = 3, b = 5;
	std::cout << "add(3.1, 4.1) = " << add(3.1, 4.1) << std::endl;
	std::cout << "add(3.1f, 4.1f) = " << add(3.1f, 4.1f) << std::endl;
	std::cout << "add(3, 4) = " << add(a, b) << std::endl;
	return 0;
}

CMakeLists.txt 注释说的非常清楚了，不在详说

# CMakeList.txt: 顶层 CMake 项目文件，在此处执行全局配置
# 并包含子项目。
#
cmake_minimum_required (VERSION 3.8)
project ("libgen")
# 设置c++标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

# 生成静态库并指定静态库存放路径
# add_library(addlib STATIC libsrc/add.cpp)
# set_target_properties(addlib PROPERTIES ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/libout)

## 创建可执行文件并指定头文件
add_executable(testlib libuse/main.cpp)
## 指定addlib.lib的绝对路径
target_link_libraries(testlib  PRIVATE ${PROJECT_SOURCE_DIR}/libout/addlib.lib)
## 指定头文件目录
target_include_directories(testlib PRIVATE ${PROJECT_SOURCE_DIR}/libinclude)

执行结果和预期完全一样
在这里插入图片描述

2. 动态库.dll

2.1 动态库编译生成

在这里插入图片描述

  • dllout 存放编译生成的动态库文件
  • dllsrc 存放编译用的源代码和头文件
  • CMakeLists.txt 此次编译CMake项目的配置文件

dllscr/add.h 这里与静态库非常不一样
在Windows平台上，动态库（DLL）的导出和导入需要通过 __declspec(dllexport) 和 __declspec(dllimport) 来显式声明。通常，我们会使用一个宏来切换这两种声明。如下：

  • 当 MATHLIBRARY_EXPORTS 被定义时，MATHLIBRARY_API 会被替换为 __declspec(dllexport)，表示当前正在编译动态库，需要导出符号。在编译dll的时候CMakeLists.txt中会定义。
  • 当 MATHLIBRARY_EXPORTS 未被定义时，MATHLIBRARY_API 会被替换为 __declspec(dllimport)，表示当前正在使用动态库，需要导入符号。在执行调用dll的时候CMakeLists.txt中不会定义。
// add.h
#pragma once

#ifdef MATHLIBRARY_EXPORTS
#define MATHLIBRARY_API __declspec(dllexport)
#else
#define MATHLIBRARY_API __declspec(dllimport)
#endif

extern "C" MATHLIBRARY_API int add(int a, int b);
  • extern "C"：告诉编译器按照C语言的方式处理函数名，即不进行名称修饰。
  • 当 MATHLIBRARY_EXPORTS 被定义时，MATHLIBRARY_API 会被替换为 __declspec(dllexport)，表示该函数需要从动态库中导出。
  • 当 MATHLIBRARY_EXPORTS 未被定义时，MATHLIBRARY_API 会被替换为 __declspec(dllimport)，表示该函数是从动态库中导入的。

dllscr/add.cpp 源文件函数定义没什么好说的

// add.cpp
#include "add.h"

extern "C" MATHLIBRARY_API int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

CMakeLists.txt

  • add_library()中 adddll 是生成的.lib名称；SHARED 指定的是生成库类型为动态库
  • set_target_properties 设置静态库存放路径为dllout文件夹下
  • target_compile_definitions() 编译动态库是一定要定义宏，告知此时需要导出库
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project("dllgen")

# 设置C++标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

# 添加动态库
add_library(adddll SHARED dllsrc/add.cpp)

# 指定动态库的导出宏 编译动态库的时候定义宏MATHLIBRARY_EXPORT
target_compile_definitions(adddll PRIVATE MATHLIBRARY_EXPORTS)

# 设置输出路径
set_target_properties(adddll PROPERTIES
    ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/dllout
    RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/dllout
)

编译生成的只需要.dll 和.lib 。记住.lib并非静态库，而是导入库，用于解析符号引用
在这里插入图片描述

2.2 动态库使用

同样只关注高亮文件夹部分
在这里插入图片描述

  • dllinclude 存放头文件，直接从dllscr 将头文件copy过来即可
  • dllout 2.1中编译生成的.dll, .lib文件
  • dlluse 调用dll的代码实现
  • CMakeLists.txt 此次编译执行的CMake项目的配置文件

dlluse/main.cpp 调用静态库中的add求和函数实现

// main.cpp
#include <iostream>
#include "add.h"


int main() {
    int result = add(3, 4);
    std::cout << "3 + 4 = " << result << std::endl;
    return 0;
}

CMakeLists.txt 注释说的非常清楚了，不在详说，但是需要注意的是：

  • 链接的是.lib 导入库
  • .dll 的文件夹路径一定要添加到环境变量中，或者放在.exe目录下，我这里是提前添加到环境变量中去了
    在这里插入图片描述
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project("dllgen")

# 设置C++标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

# 添加动态库
#add_library(adddll SHARED dllsrc/add.cpp "dllinclude/add.h")

# 指定动态库的导出宏 编译动态库的时候定义宏MATHLIBRARY_EXPORT
#target_compile_definitions(adddll PRIVATE MATHLIBRARY_EXPORTS)

# 设置输出路径
#set_target_properties(adddll PROPERTIES
#    ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/dllout
#    RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/dllout
#)

# 添加可执行文件
add_executable(testdll dlluse/main.cpp)

# 链接动态库的导入库到可执行文件，并非直接链接动态库
target_link_libraries(testdll PRIVATE ${PROJECT_SOURCE_DIR}/dllout/adddll.lib)
## 指定头文件目录
target_include_directories(testdll PRIVATE ${PROJECT_SOURCE_DIR}/dllinclude)

执行结果和预期完全一样，而且输出视图中我们能够看到adddll.dll的加载
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

3 静态库、动态库区别联系（以下来自deepseek）

静态库和动态库是两种常见的代码复用方式，它们在代码链接、内存管理、维护灵活性等方面有显著差异。以下是它们的核心区别与联系：

一、核心区别

特性静态库动态库
文件格式.lib（Windows）、.a（Linux）.dll（Windows）、.so（Linux） + 导入库 .lib（Windows）
链接时机编译时直接嵌入到可执行文件中运行时由操作系统动态加载到内存中
代码存储可执行文件包含库代码的完整副本可执行文件仅包含对动态库的引用
内存占用多进程无法共享库代码，内存冗余多进程可共享同一动态库，节省内存
更新维护更新库需重新编译整个程序更新库只需替换动态库文件，无需重新编译程序
运行依赖无需外部库文件，独立性强依赖动态库文件存在且路径正确
加载速度启动快（代码已嵌入）启动稍慢（需加载动态库）
体积大小可执行文件体积大可执行文件体积小

二、核心联系

  1. 代码复用

    • 两者均用于封装通用功能（如数学计算、文件操作），避免重复开发。
    • 例如：将加密算法封装为库，供多个项目调用。

  2. 模块化设计

    • 通过库分离核心模块和业务逻辑，提升代码可维护性。
    • 例如：将图形渲染功能封装为动态库，独立于主程序更新。

  3. 混合使用

    • 项目中可同时使用静态库和动态库。
    • 例如：主程序链接静态库保证核心功能稳定，插件使用动态库实现热更新。

三、典型应用场景

场景静态库动态库
嵌入式开发✅ 资源有限，需减少运行时依赖❌ 动态加载可能增加复杂性
跨平台插件❌ 更新需重新编译✅ 支持运行时加载，如浏览器插件、游戏模组
系统级共享功能❌ 内存占用高✅ 如Windows的kernel32.dll，Linux的libc.so
闭源分发✅ 代码完全嵌入，保护知识产权❌ 需分发动态库文件
快速迭代更新❌ 每次更新需重新编译✅ 替换动态库即可生效

四、技术细节对比

1. 符号冲突处理
  • 静态库：多个静态库中同名符号会导致链接错误。
  • 动态库：符号在运行时解析，不同动态库的同名符号可共存。
2. 跨平台兼容性
  • Windows：
    • 静态库：.lib
    • 动态库：.dll（实现文件） + .lib（导入库）
  • Linux：
    • 静态库：.a
    • 动态库：.so（直接链接，无需导入库）
3. CMake配置
# 静态库
add_library(MyStaticLib STATIC src.cpp)
target_include_directories(MyStaticLib PUBLIC include)

# 动态库（需导出符号）
add_library(MySharedLib SHARED src.cpp)
target_compile_definitions(MySharedLib PRIVATE MYLIB_EXPORTS)
target_include_directories(MySharedLib PUBLIC include)

# 使用库
add_executable(MyApp main.cpp)
target_link_libraries(MyApp PRIVATE MyStaticLib MySharedLib)

五、如何选择？

  • 选静态库：
    ✅ 项目规模小，无需频繁更新
    ✅ 对启动速度敏感（如命令行工具）
    ✅ 目标环境依赖管理困难（如嵌入式设备）

  • 选动态库：
    ✅ 代码需多进程共享（如系统库）
    ✅ 支持热更新或插件化架构
    ✅ 减少可执行文件体积（如大型应用）

六、总结

静态库和动态库本质是代码复用的两种策略：

  • 静态库追求简单性和独立性，牺牲体积和灵活性。
  • 动态库追求资源共享和灵活性，牺牲启动速度和环境依赖。

实际开发中，二者常结合使用。例如：核心基础模块用静态库保证稳定性，业务模块用动态库支持灵活扩展。

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