【静态连接和动态连接】C/C++编程中的两种有效链接策略

news2024/9/25 1:15:53

一、静态连接和动态连接

链接分为两种：静态链接、动态链接。

1）静态链接

静态链接：由链接器在链接时将库的内容加入到可执行程序中。

优点：

对运行环境的依赖性较小，具有较好的兼容性

缺点：

生成的程序比较大，需要更多的系统资源，在装入内存时会消耗更多的时间
库函数有了更新，必须重新编译应用程序

2）动态链接

动态链接：连接器在链接时仅仅建立与所需库函数的之间的链接关系，在程序运行时才将所需资源调入可执行程序。

优点：

在需要的时候才会调入对应的资源函数
简化程序的升级；有着较小的程序体积
实现进程之间的资源共享（避免重复拷贝）

缺点：

依赖动态库，不能独立运行
动态库依赖版本问题严重

3）静态、动态编译对比

前面我们编写的应用程序大量用到了标准库函数，系统默认采用动态链接的方式进行编译程序，若想采用静态编译，加入-static参数。

以下是分别采用动态编译、静态编译时文件对比：

测试程序(test.c)如下：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("hello world\n");

    return 0;
}

编译：

deng@itcast:~/test$ gcc test.c -o test_share

deng@itcast:~/test$ gcc -static test.c -o test_static

结果对比：

二、静态库和动态库简介

所谓“程序库”，简单说，就是包含了数据和执行码的文件。其不能单独执行，可以作为其它执行程序的一部分来完成某些功能。

库的存在可以使得程序模块化，可以加快程序的再编译，可以实现代码重用,可以使得程序便于升级。

程序库可分静态库(static library)和共享库(shared library)。

三、静态库制作和使用

静态库可以认为是一些目标代码的集合，是在可执行程序运行前就已经加入到执行码中，成为执行程序的一部分。

按照习惯,一般以“.a”做为文件后缀名。静态库的命名一般分为三个部分：

前缀：lib
库名称：自己定义即可
后缀：.a

所以最终的静态库的名字应该为：libxxx.a

1）静态库制作

步骤1：将c源文件生成对应的.o文件

deng@itcast:~/test/3static_lib$ gcc -c add.c -o add.o
deng@itcast:~/test/3static_lib$ gcc -c sub.c -o sub.o deng@itcast:~/test/3static_lib$ gcc -c mul.c -o mul.o deng@itcast:~/test/3static_lib$ gcc -c div.c -o div.o

步骤2：使用打包工具ar将准备好的.o文件打包为.a文件 libtest.a

deng@itcast:~/test/3static_lib$ ar -rcs libtest.a add.o sub.o mul.o div.o

在使用ar工具是时候需要添加参数：rcs

r更新
c创建
s建立索引

2）静态库使用

静态库制作完成之后，需要将.a文件和头文件一起发布给用户。

假设测试文件为main.c，静态库文件为libtest.a头文件为head.h

编译命令：

deng@itcast:~/test/4static_test$ gcc test.c -L./ -I./ -ltest -o test

参数说明：

-L：表示要连接的库所在目录
-I./: I(大写i) 表示指定头文件的目录为当前目录
-l(小写L)：指定链接时需要的库，去掉前缀和后缀

13. 动态库制作和使用

共享库在程序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入。不同的应用程序如果调用相同的库，那么在内存里只需要有一份该共享库的实例，规避了空间浪费问题。

动态库在程序运行是才被载入，也解决了静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。用户只需要更新动态库即可，增量更新。

按照习惯,一般以“.so”做为文件后缀名。共享库的命名一般分为三个部分：

前缀：lib
库名称：自己定义即可
后缀：.so

所以最终的动态库的名字应该为：libxxx.so

1）动态库制作

步骤一：生成目标文件，此时要加编译选项：-fPIC（fpic）

deng@itcast:~/test/5share_lib$ gcc -fPIC -c add.c
deng@itcast:~/test/5share_lib$ gcc -fPIC -c sub.c deng@itcast:~/test/5share_lib$ gcc -fPIC -c mul.c deng@itcast:~/test/5share_lib$ gcc -fPIC -c div.c

参数：-fPIC 创建与地址无关的编译程序（pic，position independent code），是为了能够在多个应用程序间共享。

步骤二：生成共享库，此时要加链接器选项: -shared（指定生成动态链接库）

deng@itcast:~/test/5share_lib$ gcc -shared add.o sub.o mul.o div.o -o libtest.so

步骤三: 通过nm命令查看对应的函数

deng@itcast:~/test/5share_lib$ nm libtest.so | grep add 00000000000006b0 T add deng@itcast:~/test/5share_lib$ nm libtest.so | grep sub 00000000000006c4 T sub

ldd查看可执行文件的依赖的动态库

deng@itcast:~/share/3rd/2share_test$ ldd test linux-vdso.so.1 => (0x00007ffcf89d4000) libtest.so => /lib/libtest.so (0x00007f81b5612000) libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f81b5248000) /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00005562d0cff000)

2）动态库测试

引用动态库编译成可执行文件（跟静态库方式一样）

deng@itcast:~/test/6share_test$ gcc test.c -L. -I. -ltest (-I. 大写i -ltest 小写L)

然后运行：./a.out，发现竟然报错了！！！

当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径。此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader)。
对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so*来完成的，它先后搜索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目录找到库文件后将其载入内存。

3）如何让系统找到动态库

拷贝自己制作的共享库到/lib或者/usr/lib(不能是/lib64目录)
临时设置LD_LIBRARY_PATH：

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径

永久设置,把export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径，设置到~/.bashrc或者 /etc/profile文件中

deng@itcast:~/share/3rd/2share_test$ vim ~/.bashrc

最后一行添加如下内容:

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/deng/share/3rd/2share_test

使环境变量生效

deng@itcast:~/share/3rd/2share_test$ source ~/.bashrc deng@itcast:~/share/3rd/2share_test$ ./test
a + b = 20 a - b = 10
将其添加到 /etc/ld.so.conf文件中

编辑/etc/ld.so.conf文件，加入库文件所在目录的路径

运行sudo ldconfig -v，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件
deng@itcast:~/share/3rd/2share_test$ sudo vim /etc/ld.so.conf

文件最后添加动态库路径(绝对路径)

使生效

deng@itcast:~/share/3rd/2share_test$ sudo ldconfig -v