c++静态库和动态库
C++静态库与动态库html
此次分享的宗旨是——让你们学会建立与使用静态库、动态库，知道静态库与动态库的区别，知道使用的时候如何选择。这里不深刻介绍静态库、动态库的底层格式，内存布局等，有兴趣的同窗，推荐一本书《程序员的自我修养——连接、装载与库》。linux
库是写好的现有的，成熟的，能够复用的代码。现实中每一个程序都要依赖不少基础的底层库，不可能每一个人的代码都从零开始，所以库的存在乎义非同寻常。ios
本质上来讲库是一种可执行代码的二进制形式，能够被操做系统载入内存执行。库有两种：静态库（.a、.lib）和动态库（.so、.dll）。程序员
所谓静态、动态是指连接。回顾一下，将一个程序编译成可执行程序的步骤：app
![clip_image002[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201601-66b55a2f0ec74c5b8a773a0e1904e812.png "clip_image002[4]")
图：编译过程框架
之因此成为【静态库】，是由于在连接阶段，会将汇编生成的目标文件.o与引用到的库一块儿连接打包到可执行文件中。所以对应的连接方式称为静态连接。函数
试想一下，静态库与汇编生成的目标文件一块儿连接为可执行文件，那么静态库一定跟.o文件格式类似。其实一个静态库能够简单当作是一组目标文件（.o/.obj文件）的集合，即不少目标文件通过压缩打包后造成的一个文件。静态库特色总结：工具
l 静态库对函数库的连接是放在编译时期完成的。布局
l 程序在运行时与函数库再无瓜葛，移植方便。post
l 浪费空间和资源，由于全部相关的目标文件与牵涉到的函数库被连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，头文件以下所示：
| StaticMath.h头文件 |
| #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(); }; |
Linux下使用ar工具、Windows下vs使用lib.exe，将目标文件压缩到一块儿，而且对其进行编号和索引，以便于查找和检索。通常建立静态库的步骤如图所示：
![clip_image004[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201602-e0b2900a915d4dce8b4af5153c8b2d72.png "clip_image004[4]")
图：建立静态库过程
Linux下建立与使用静态库
Linux静态库命名规则
linux静态库命名规范，必须是"lib[your_library_name].a"：lib为前缀，中间是静态库名，扩展名为.a。
建立静态库（.a）
经过上面的流程能够知道，Linux建立静态库过程以下：
l 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，不然直接编译为可执行文件
l 而后，经过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。
![clip_image006[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201604-713c3a4a83aa4c17868a16f13b49027b.jpg "clip_image006[4]")
大一点的项目会编写makefile文件（CMake等等工程管理工具）来生成静态库，输入多个命令太麻烦了。
使用静态库
编写使用上面建立的静态库的测试代码：
| 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();
system("pause"); return 0; } |
Linux下使用静态库，只须要在编译的时候，指定静态库的搜索路径（-L选项）、指定静态库名（不须要lib前缀和.a后缀，-l选项）。
# g++ TestStaticLibrary.cpp -L../StaticLibrary -lstaticmath
![clip_image008[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201604-ae57e89353c74265a0f1d26e89ffdbd5.jpg "clip_image008[4]")
l -L：表示要链接的库所在目录
l -l：指定连接时须要的动态库，编译器查找动态链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来肯定库的名称。
Windows下建立与使用静态库
建立静态库（.lib）
若是是使用VS命令行生成静态库，也是分两个步骤来生成程序：
l 首先，经过使用带编译器选项 /c 的 Cl.exe 编译代码 (cl /c StaticMath.cpp)，建立名为“StaticMath.obj”的目标文件。
l 而后，使用库管理器 Lib.exe 连接代码 (lib StaticMath.obj)，建立静态库StaticMath.lib。
固然，咱们通常不这么用，使用VS工程设置更方便。建立win32控制台程序时，勾选静态库类型；打开工程“属性面板”è”配置属性”è”常规”，配置类型选择静态库。
![clip_image010[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201605-6a3acac10b40402ea99343ad092f0061.jpg "clip_image010[4]")
图：vs静态库项目属性设置
Build项目便可生成静态库。
使用静态库
测试代码Linux下面的同样。有3种使用方法：
方法一：
在VS中使用静态库方法：
l 工程“属性面板”è“通用属性”è “框架和引用”è”添加引用”，将显示“添加引用”对话框。 “项目”选项卡列出了当前解决方案中的各个项目以及能够引用的全部库。 在“项目”选项卡中，选择 StaticLibrary。 单击“肯定”。
![clip_image012[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201607-fed082fd8a134770b24c2b4569ad4405.jpg "clip_image012[4]")
l 添加StaticMath.h 头文件目录，必须修改包含目录路径。打开工程“属性面板”è”配置属性”è “C/C++”è” 常规”，在“附加包含目录”属性值中，键入StaticMath.h 头文件所在目录的路径或浏览至该目录。
![clip_image014[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201609-9be107869b604f53bc08653fe28bfbad.jpg "clip_image014[4]")
编译运行OK。
![clip_image015[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201610-8630c9a19cae4143bffacd255367ffbb.png "clip_image015[4]")
图：静态库测试结果（vs）
若是引用的静态库不是在同一解决方案下的子工程，而是使用第三方提供的静态库lib和头文件，上面的方法设置不了。还有2中方法设置均可行。
方法二：
打开工程“属性面板”è”配置属性”è “连接器”è”命令行”，输入静态库的完整路径便可。
![clip_image017[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201610-2bde8b094f5a4603848c574f1f228144.jpg "clip_image017[4]")
方法三：
l “属性面板”è”配置属性”è “连接器”è”常规”，附加依赖库目录中输入，静态库所在目录；
l “属性面板”è”配置属性”è “连接器”è”输入”，附加依赖库中输入静态库名StaticLibrary.lib。
![clip_image019[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201612-3af709f047ca4964898f3ce29680093c.jpg "clip_image019[4]")
经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，那为何还须要动态库呢？
为何还须要动态库？
为何须要动态库，其实也是静态库的特色致使。
l 空间浪费是静态库的一个问题。
![clip_image021[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201613-1320ec57feb24583a6b1294421c323b8.png "clip_image021[4]")
l 另外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。若是静态库liba.lib更新了，因此使用它的应用程序都须要从新编译、发布给用户（对于玩家来讲，多是一个很小的改动，却致使整个程序从新下载，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，而是在程序运行是才被载入。不一样的应用程序若是调用相同的库，那么在内存里只须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。用户只须要更新动态库便可，增量更新。
![clip_image023[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201613-110ca9e0fd684281b3ee6d9bd9bebd78.png "clip_image023[4]")
动态库特色总结：
l 动态库把对一些库函数的连接载入推迟到程序运行的时期。
l 能够实现进程之间的资源共享。（所以动态库也称为共享库）
l 将一些程序升级变得简单。
l 甚至能够真正作到连接载入彻底由程序员在程序代码中控制（显示调用）。
Window与Linux执行文件格式不一样，在建立动态库的时候有一些差别。
l 在Windows系统下的执行文件格式是PE格式，动态库须要一个DllMain函数作出初始化的入口，一般在导出函数的声明时须要有_declspec(dllexport)关键字。
l Linux下gcc编译的执行文件默认是ELF格式，不须要初始化入口，亦不须要函数作特别的声明，编写比较方便。
与建立静态库不一样的是，不须要打包工具（ar、lib.exe），直接使用编译器便可建立动态库。
Linux下建立与使用动态库
linux动态库的命名规则
动态连接库的名字形式为 libxxx.so，前缀是lib，后缀名为“.so”。
l 针对于实际库文件，每一个共享库都有个特殊的名字“soname”。在程序启动后，程序经过这个名字来告诉动态加载器该载入哪一个共享库。
l 在文件系统中，soname仅是一个连接到实际动态库的连接。对于动态库而言，每一个库实际上都有另外一个名字给编译器来用。它是一个指向实际库镜像文件的连接文件（lib+soname+.so）。
建立动态库（.so）
编写四则运算动态库代码：
| DynamicMath.h头文件 |
| #pragma once class DynamicMath { public: DynamicMath(void); ~DynamicMath(void);
static double add(double a, double b);//¼Ó·¨ static double sub(double a, double b);//¼õ·¨ static double mul(double a, double b);//³Ë·¨ static double div(double a, double b);//³ý·¨ void print(); }; |
l 首先，生成目标文件，此时要加编译器选项-fpic
| g++ -fPIC -c DynamicMath.cpp |
-fPIC 建立与地址无关的编译程序（pic，position independent code），是为了可以在多个应用程序间共享。
l 而后，生成动态库，此时要加连接器选项-shared
| g++ -shared -o libdynmath.so DynamicMath.o |
-shared指定生成动态连接库。
![clip_image025[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201614-02f4340b15664f8a83282fb9a27ca3e5.jpg "clip_image025[4]")
其实上面两个步骤能够合并为一个命令：
| g++ -fPIC -shared -o libdynmath.so DynamicMath.cpp |
使用动态库
编写使用动态库的测试代码：
| 测试代码： |
| #include "../DynamicLibrary/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; } |
引用动态库编译成可执行文件（跟静态库方式同样）：
| g++ TestDynamicLibrary.cpp -L../DynamicLibrary -ldynmath |
而后运行：./a.out，发现居然报错了！！！
![clip_image027[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201616-45dcaece0519453c96dfd1972295cd92.jpg "clip_image027[4]")
可能你们会猜想，是由于动态库跟测试程序不是一个目录，那咱们验证下是否如此：
![clip_image029[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201617-93f234207a9947a6a1caadd8acd9ead7.jpg "clip_image029[4]")
发现仍是报错！！！那么，在执行的时候是如何定位共享库文件的呢？
1) 当系统加载可执行代码时候，可以知道其所依赖的库的名字，可是还须要知道绝对路径。此时就须要系统动态载入器(dynamic linker/loader)。
2) 对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so*来完成的，它前后搜索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。
如何让系统可以找到它：
l 若是安装在/lib或者/usr/lib下，那么ld默认可以找到，无需其余操做。
l 若是安装在其余目录，须要将其添加到/etc/ld.so.cache文件中，步骤以下：
n 编辑/etc/ld.so.conf文件，加入库文件所在目录的路径
n 运行ldconfig ，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件
咱们将建立的动态库复制到/usr/lib下面，而后运行测试程序。
![clip_image031[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201618-a32a866f00c84a74893fa2181fa27b11.jpg "clip_image031[4]")
Windows下建立与使用动态库
建立动态库（.dll）
与Linux相比，在Windows系统下建立动态库要稍微麻烦一些。首先，须要一个DllMain函数作出初始化的入口（建立win32控制台程序时，勾选DLL类型会自动生成这个文件）：
| dllmain.cpp入口文件 |
| // dllmain.cpp : Defines the entry point for the DLL application. #include "stdafx.h"
BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ) { switch (ul_reason_for_call) { case DLL_PROCESS_ATTACH: case DLL_THREAD_ATTACH: case DLL_THREAD_DETACH: case DLL_PROCESS_DETACH: break; } return TRUE; } |
一般在导出函数的声明时须要有_declspec(dllexport)关键字：
| DynamicMath.h头文件 |
| #pragma once class DynamicMath { public: __declspec(dllexport) DynamicMath(void); __declspec(dllexport) ~DynamicMath(void);
static __declspec(dllexport) double add(double a, double b);//加法 static __declspec(dllexport) double sub(double a, double b);//减法 static __declspec(dllexport) double mul(double a, double b);//乘法 static __declspec(dllexport) double div(double a, double b);//除法
__declspec(dllexport) void print(); }; |
生成动态库须要设置工程属性，打开工程“属性面板”è”配置属性”è”常规”，配置类型选择动态库。
![clip_image033[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201619-f190d6dd94ee48e0883bb5d5bbe4e66a.jpg "clip_image033[4]")
图：v动态库项目属性设置
Build项目便可生成动态库。
使用动态库
建立win32控制台测试程序：
| TestDynamicLibrary.cpp测试程序 |
| #include "stdafx.h" #include "DynamicMath.h"
#include <iostream> using namespace std;
int _tmain(int argc, _TCHAR* 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();
system("pause"); return 0; } |
方法一：
l 工程“属性面板”è“通用属性”è “框架和引用”è”添加引用”，将显示“添加引用”对话框。“项目”选项卡列出了当前解决方案中的各个项目以及能够引用的全部库。 在“项目”选项卡中，选择 DynamicLibrary。 单击“肯定”。
![clip_image035[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201623-914ff83612a4470fa59c2bc729053c6b.jpg "clip_image035[4]")
l 添加DynamicMath.h 头文件目录，必须修改包含目录路径。打开工程“属性面板”è”配置属性”è “C/C++”è” 常规”，在“附加包含目录”属性值中，键入DynamicMath.h 头文件所在目录的路径或浏览至该目录。
![clip_image037[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201624-9cfecaf931ba4f4d96d6cf7cac3ac40e.jpg "clip_image037[4]")
编译运行OK。
![clip_image038[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201626-29defaed72cf4a91b7c83f6bd0fecf53.png "clip_image038[4]")
图：动态库测试结果（vs）
方法二：
l “属性面板”è”配置属性”è “连接器”è”常规”，附加依赖库目录中输入，动态库所在目录；
![clip_image040[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201626-98727f19e0d14d43942771bac7e24238.jpg "clip_image040[4]")
l “属性面板”è”配置属性”è “连接器”è”输入”，附加依赖库中输入动态库编译出来的DynamicLibrary.lib。
![clip_image042[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201628-425bd512f3bf4b51b121bdb59604bc5e.jpg "clip_image042[4]")
这里可能你们有个疑问，动态库怎么还有一个DynamicLibrary.lib文件？即不管是静态连接库仍是动态连接库，最后都有lib文件，那么二者区别是什么呢？其实，两个是彻底不同的东西。
![clip_image044[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201631-f72543fd66ba4593996f864a7fb6f92a.jpg "clip_image044[4]")
StaticLibrary.lib的大小为190KB，DynamicLibrary.lib的大小为3KB，静态库对应的lib文件叫静态库，动态库对应的lib文件叫【导入库】。实际上静态库自己就包含了实际执行代码、符号表等等，而对于导入库而言，其实际的执行代码位于动态库中，导入库只包含了地址符号表等，确保程序找到对应函数的一些基本地址信息。
上面介绍的动态库使用方法和静态库相似属于隐式调用，编译的时候指定相应的库和查找路径。其实，动态库还能够显式调用。【在C语言中】，显示调用一个动态库垂手可得！
在Linux下显式调用动态库
#include <dlfcn.h>，提供了下面几个接口：
l void * dlopen( const char * pathname, int mode )：函数以指定模式打开指定的动态链接库文件，并返回一个句柄给调用进程。
l void* dlsym(void* handle,const char* symbol)：dlsym根据动态连接库操做句柄(pHandle)与符号(symbol)，返回符号对应的地址。使用这个函数不但能够获取函数地址，也能够获取变量地址。
l int dlclose (void *handle)：dlclose用于关闭指定句柄的动态连接库，只有当此动态连接库的使用计数为0时,才会真正被系统卸载。
l const char *dlerror(void)：当动态连接库操做函数执行失败时，dlerror能够返回出错信息，返回值为NULL时表示操做函数执行成功。
在Windows下显式调用动态库
应用程序必须进行函数调用以在运行时显式加载 DLL。为显式连接到 DLL，应用程序必须：
l 调用 LoadLibrary（或类似的函数）以加载 DLL 和获取模块句柄。
l 调用 GetProcAddress，以获取指向应用程序要调用的每一个导出函数的函数指针。因为应用程序是经过指针调用 DLL 的函数，编译器不生成外部引用，故无需与导入库连接。
l 使用完 DLL 后调用 FreeLibrary。
显式调用C++动态库注意点
对C++来讲，状况稍微复杂。显式加载一个C++动态库的困难一部分是由于C++的name mangling；另外一部分是由于没有提供一个合适的API来装载类，在C++中，您可能要用到库中的一个类，而这须要建立该类的一个实例，这不容易作到。
name mangling能够经过extern "C"解决。C++有个特定的关键字用来声明采用C binding的函数：extern "C" 。用 extern "C"声明的函数将使用函数名做符号名，就像C函数同样。所以，只有非成员函数才能被声明为extern "C"，而且不能被重载。尽管限制多多，extern "C"函数仍是很是有用，由于它们能够象C函数同样被dlopen动态加载。冠以extern "C"限定符后，并不意味着函数中没法使用C++代码了，相反，它仍然是一个彻底的C++函数，可使用任何C++特性和各类类型的参数。
另外如何从C++动态库中获取类，附上几篇相关文章，但我并不建议这么作：
l 《LoadLibrary调用DLL中的Class》：http://www.cppblog.com/codejie/archive/2009/09/24/97141.html
l 《C++ dlopen mini HOWTO》：http://blog.csdn.net/denny_233/article/details/7255673
“显式”使用C++动态库中的Class是很是繁琐和危险的事情，所以能用“隐式”就不要用“显式”，能静态就不要用动态。
g++(gcc)编译选项
l -shared ：指定生成动态连接库。
l -static ：指定生成静态连接库。
l -fPIC ：表示编译为位置独立的代码，用于编译共享库。目标文件须要建立成位置无关码， 念上就是在可执行程序装载它们的时候，它们能够放在可执行程序的内存里的任何地方。
l -L. ：表示要链接的库所在的目录。
l -l：指定连接时须要的动态库。编译器查找动态链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/.so来肯定库的名称。
l -Wall ：生成全部警告信息。
l -ggdb ：此选项将尽量的生成gdb 的可使用的调试信息。
l -g ：编译器在编译的时候产生调试信息。
l -c ：只激活预处理、编译和汇编,也就是把程序作成目标文件(.o文件) 。
l -Wl,options ：把参数(options)传递给连接器ld 。若是options 中间有逗号,就将options分红多个选项,而后传递给连接程序。
nm命令
有时候可能须要查看一个库中到底有哪些函数，nm命令能够打印出库中的涉及到的全部符号。库既能够是静态的也能够是动态的。nm列出的符号有不少，常见的有三种：
l 一种是在库中被调用，但并无在库中定义(代表须要其余库支持)，用U表示；
l 一种是库中定义的函数，用T表示，这是最多见的；
l 一种是所谓的弱态”符号，它们虽然在库中被定义，可是可能被其余库中的同名符号覆盖，用W表示。
$nm libhello.h
ldd命令
ldd命令能够查看一个可执行程序依赖的共享库，例如咱们编写的四则运算动态库依赖下面这些库：
![clip_image046[4]](/link?url=https://images0.cnblogs.com/blog/92071/201310/16201633-aebe0e8017354a9b93644043b9d013c6.jpg "clip_image046[4]")
两者的不一样点在于代码被载入的时刻不一样。
l 静态库在程序编译时会被链接到目标代码中，程序运行时将再也不须要该静态库，所以体积较大。
l 动态库在程序编译时并不会被链接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入，所以在程序运行时还须要动态库存在，所以代码体积较小。
动态库的好处是，不一样的应用程序若是调用相同的库，那么在内存里只须要有一份该共享库的实例。带来好处的同时，也会有问题！如经典的DLL Hell问题，关于如何规避动态库管理问题，能够自行查找相关资料。
做者：吴秦
出处：http://www.cnblogs.com/skynet/
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