静态库与动态库详解

一、概念

不开源的库，其源代码是不可见的，开发者只能在暴露的头文件中，调用它对外的接口。库是源代码的二进制文件。

1、静态库

静态链接库是一个或多个.obj文件的打包，即将多个源代码文件编译成目标文件后，再将这些目标文件合并成一个库文件。这些目标文件包含了实际执行代码、符号表等。

静态库在编译链接阶段，链接器会将静态库中的代码直接复制到生成的可执行文件中。因此，可执行文件中包含了库代码的一份完整拷贝。在程序运行时，不需要静态库文件。

• 优点
  由于源代码已经嵌入在可执行程序中，所以运行速度快，可以独立运行。
• 缺点
  可执行程序中(.exe)包含了库代码的一份完整拷贝，增加了可执行文件的大小。其他程序使用后，系统中就会有多份冗余拷贝，消耗了内存。而且程序实现发生变化，需要重新编译和链接整个应用程序。

使用场景：不频繁更新，依赖的基础库稳定。

2、动态库

动态链接库在运行时调用。它包含两种加载方式。

一种是隐式链接（自动加载.dll），导入库是必须存在，运行时，程序会自动加载对应的dll文件。这种方式代码结构更简单。隐式链接的动态库也可以独立更新，前提是需要保证dll导出的函数和符号保持兼容，不能删除或修改已存在的，函数的参数和返回类型也需要一样，如果结构体在库之间的传递时，结构体大小和内存布局变化也会导致问题，但是你可以新增，或者重新优化接口里面的代码。

一种是显式链接（手动加载.dll），编译时不需要导入库。通过Windows API（如LoadLibrary）运行时手动加载库，并获取函数的地址(函数指针)。可以在运行时决定是否加载动态库，也可以在不重新编译程序的情况下替换DLL，灵活性更高。还可以防止程序刚开始动态库自动加载过多。但是失去了编译时的类型检查，需要手动管理动态库的加载和函数获取。

• 优点
  因为多个程序可以共享同一个动态库，系统在内存中只需要加载一份，这样节省了内存和磁盘空间，并且便于升级和维护，只需更新动态库即可影响所有引用该库的程序。并且可执行文件也更小。
• 缺点
  程序运行时，需要依赖动态库文件，如果没有则程序无法运行。还可能存在版本兼容性问题，不同版本的动态库可能不兼容。

使用场景：该库经常更新，快速迭代，其他进程也依赖。

3、导入库

导入库是动态链接库（DLL）的辅助库，其扩展名也为.lib，但和静态库的功能和内容都不相同。作用是为了让程序在编译时找到动态库中的函数的位置，辅助程序在运行时找到并调用DLL中的函数。使加载和使用动态库的过程自动化。

导入库在程序运行时就不需要了，当DLL的代码生成时，链接程序会查找函数或C++类的信息，并自动生成一个.lib文件，即导入库。它包含了函数和符号的地址，不包含实际执行的代码，代码是位于动态库（DLL）中的。当程序在编译和链接阶段时，导入库会解析DLL中函数和符号的地址，确保程序在运行的时候能够正确调用DLL中的函数。

linux没有单独的导入库，.so既是动态库也是导入库。windows需不需要导入库，取决于动态库的加载方式。

• 优点
  程序无须手动加载动态库，dll可以独立更新而无需重新编译程序。
• 缺点
  编译时必须有导入库，如果运行时找不到dll文件，程序无法运行。

二、生成库的文件类型

1、windows

.lib 静态库/导入库
.dll 动态库

2、linux

.a 静态库
.so 动态库

三、Windows创建静态库和动态库

该示例通过 VS 创建库文件。解决方案右键，选择添加，选择新建项目，搜索模版dll，点击下一步创建。

1、静态库

2、动态库

需要手动加载。假设我们有一个DLL（比如example.dll），它包含一个名为AddNumbers的函数，该函数接受两个整数参数并返回它们的和。

#include <windows.h>  
typedef int (*AddFunc)(int, int); // 声明函数指针类型  
  
int main() {  
    HMODULE hMod = LoadLibrary("example.dll");  
  
    // 获取函数指针  
    AddFunc addFunc = (AddFunc)GetProcAddress(hMod, "AddNumbers");  
    int result = addFunc(5, 3);   
    FreeLibrary(hMod);  
  
    return 0;  
}

3、具有导出项的动态库

也就是包含导入库的动态库，可以将类、变量、函数进行导出。主要涉及微软C++两个关键字。linux下也有自己的导出关键字，感兴趣可以自行研究。

导出关键字(__declspec(dllexport))：相对于DLL来说，需要将函数等导出，外部程序可调用。告诉编译器，生成 DLL时，这些符号应该被包含在 DLL的导出表中。

导入关键字(__declspec(dllimport))：相对于外部程序来说，表示可以使用DLL的接口。告诉编译器，这些符号是在另一个 DLL中定义的，编译器应该生成必要的代码来从 DLL导入这些符号。在实践中，通常不需要显式地在每个导入的符号前使用 __declspec(dllimport)，因为编译器在链接到 DLL 的导入库（.lib 文件）时会自动处理这一点。

extern "C" 主要用来告诉编译器，函数命名风格按照C语言的形式命令，为了保持兼容性，C语言也可以使用C++库函数。

// dll导出纯虚函数接口类对象指针，方便调用虚函数成员。
extern "C" __declspec(dllexport) IEIPClient *CreateEIPClientObject();
extern "C" __declspec(dllexport) int calAddSub(void);  // 导出函数
extern "C" __declspec(dllexport) int nTotal;           // 导出变量

// 外部程序调用dll中的函数时，编译时需要先添加动态库的导出库的路径，再声明函数。将dll和它的导出库lib放在同一个路径下。
// 运行程序只需要dll库即可，导入库就需要了。
#pragma comment(lib, "../x64/debug/3rdParty/image/bin/imageParse_d.lib");
// 但是导入函数由编译器自主导入，可省略
extern "C" __declspec(dllimport) int calAddSub(void);  // 不需要
...

四、Linux下创建静态库和动态库

1、静态库

首先生成目标文件.o，使用-c选项，通过ar去生成静态库。可以看到静态库包含哪些源文件。然后在编译main.c时，链接静态库。

//生成静态库，lib和.a是库名的前缀和后缀。ar：gnu的归档工具，rc：取代并创建。
ar -rc libmymath.a add.o sub.o mul.o div.o

//查看静态库
ar -tv libmymath.a
t：列出静态库中的文件
v：详细信息

//使用静态库
gcc main.c -L. -lmymath
-L：指定库路径
-l：指定库名，库名不包含前缀和后缀。

2、动态库

//-fPIC
表明使用地址无关码，使共享物理内存不被修改。
//-shared
表示产生共享库
//ldconfig可以进行配置，使新安装的动态库为系统所共享。然后使用ldconfig进行更新。

五、Windows下查看动态库

1、DLL文件是32位还是64位？

（1）查看文件

通过文本方式打开动态库，在第二段中找到PE两个字母，后面会出现字母d或者L。

• d 64位
• L 32位

（2）命令查询

dumpbin.exe /headers math.dll