什么是库
库是写好的现有的,成熟的,可以复用的代码。现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库,不可能每个人的代码都从零开始,因此库的存在意义非同寻常。
本质上来说库是一种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)。
所谓静态、动态是指链接。回顾一下,将一个程序编译成可执行程序的步骤:
静态库
之所以成为静态库,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。因此对应的链接方式称为静态链接。
试想一下,静态库与汇编生成的目标文件一起链接为可执行文件,那么静态库必定跟.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/.obj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。静态库特点总结:
1.静态库对函数库的链接是放在编译时期完成的。
2.程序在运行时与函数库再无瓜葛,移植方便。
3.浪费空间和资源,因为所有相关的目标文件与牵涉到的函数库被链接合成一个可执行文件。
下面编写一些简单的四则运算C++类,将其编译成静态库给他人用,头文件和源文件如下所示:
#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();
};
#include "StaticMath.h"
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;
}
Linux下使用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图所示:
Linux下创建与使用静态库
Linux静态库命名规则
Linux静态库命名规范,必须是"lib[your_library_name].a",其中
创建静态库(.a)
通过上面的流程可以知道,Linux创建静态库过程如下:
- 首先,将代码文件编译成目标文件.o(StaticMath.o)
g++ -c StaticMath.cpp
注意带参数-c,否则直接编译为可执行文件
- 然后,通过ar工具将目标文件打包成.a静态库文件
ar -crv libStaticMath.a StaticMath.o
生成静态库libStaticMath.a
使用静态库
测试代码如下:
#include "StaticMath.h"
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout << StaticMath::add(1,20) << endl;
return 0;
}
Linux下使用静态库,只需要在编译的时候,指定静态库的搜索路径(-L选项)、指定静态库名(不需要lib前缀和.a后缀,-l选项
test:test.cpp
g++ -o $@ $^ -std=c++11 -L./ -lStaticMath
- -L:表示要连接的库所在目录
- -l:指定链接时需要的动态库,编译器查找动态连接库时有隐含的命名规则,即在给出的名字前面加上lib,后面加上.a或.so来确定库的名称。
Windows下创建与使用静态库
创建静态库(.lib)
如果是使用VS,步骤如下:
首先创建一个空项目,然后倒入我们的头文件和源文件。
右键项目,打开属性,配置属性,常规,配置类型,在这一栏选择静态库(.lib)
然后生成解决方案就可以在项目路径下Debug目录下找到该lib文件。
使用静态库
项目属性链接器->输入->附加依赖项中添加静态库的名字,如Project1.lib
然后在链接器->常规->附加库目录中添加该静态库的路径
最后一步,就是在程序中添加库函数的头文件即可。
动态库
通过上面的介绍发现静态库容易使用和理解,也达到了代码复用的目的,那为什么还需要动态库与呢?
静态库的特点:
空间浪费是静态库的一个问题
- 静态库在内存中存在多分拷贝导致空间浪费。假如,静态库占用1M内存,有2000个这样的程序,将占用近2GB的空间
- 另一个问题是静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。如果静态库liba.lib更新了,所以使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户(对于玩家来说,可能是一个很小的改动,却导致整个程序重新下载,全量更新)。
动态库在程序编译时并不会被链接到目标代码中,而是在程序运行时才被载入。不同的应用程序如果调用相同的库,那么在内存里只需要有一份该共享库的实例,规避了空间浪费问题。动态库在程序运行时才被载入,也解决了静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。用户只需要更新动态库即可,增量更新。
动态库特点总结:
- 动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期。
- 可以实现进程之间的资源共享。(因此动态库也称为共享库)
- 将一些程序升级变得简单
- 甚至可以真正做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制(显示调用)。
Linux下创建与使用动态库
Linux动态库的命名规则
动态链接库的名字形式为libxxx.so,前缀是lib,后缀名为.so
首先,生成目标文件,此时要加编译器选项-fpic
g++ -fPIC -c StaticMath.cpp
是为了能够在多个应用程序间共享。
然后,生成动态库,此时要加链接器选项-shared
-shared指定生成动态链接库。
其实上面两个步骤可以合并为一个命令:
g++ -fPIC -shared -o libStaticMath.so StaticMath.cpp
使用动态库
测试代码和之前的一样,主程序中只需要加入库函数的头文件即可。
有三种方法:
1.将动态库放在系统默认的动态库搜索路径中
2.设置存放StaticMath.so的路径为系统搜索的环境变量,将当前库文件所在路径添加进去
export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:【库文件路径】
3.使用gcc -L选项指定链接库的搜索路径;
g++ -o $@ $^ -std=c++11 -L./ -lStaticMath
我们日常应用最多的方式,采用-L指定库的所在路径,我们链接静态库,将静态库放到指定的文件下,然后链接。