GCC链接静态库和动态库详解

文章目录

1. 静态库和动态库

2. 静态库链接

3. 动态库链接

1. 静态库和动态库

链接（linking）是编译过程的最后一步，它将多个目标文件（ .o 文件）和库文件结合在一起，生成一个可执行的二进制文件。链接的主要任务是解析符号引用，合并代码和数据段，并处理重定位信息。

对于整个gcc的编译过程命令解析查看下面这篇文章：

gcc命令以及GDB调试选项-CSDN博客

静态库和动态库是根据链接时机的不同来划分的，它们主要区别在于库文件在程序运行中的加载和使用方式。

静态库

静态库在编译和链接阶段就会被包含在可执行程序里，生成的可执行文件已经内嵌了所有的库代码，具备独立运行的能力。具体特点如下：

内嵌到可执行文件中：静态库的代码在编译时会被复制到最终的可执行文件中，程序运行时不需要依赖外部库文件。
独立性强：生成的可执行文件独立，不依赖外部库，方便分发和部署。
性能较好：由于不需要在运行时加载库，程序启动速度较快。
更新复杂：如果库代码有bug或需要升级，所有使用该库的程序都需要重新编译和链接，维护工作量较大。
空间浪费：每个使用静态库的可执行文件中都会包含一份库的代码，如果多个程序都使用同一个静态库，会导致空间浪费。

动态库

动态库在程序运行时才被加载，多个程序可以共享一份动态库，从而节省存储空间。具体特点如下：

运行时加载：动态库在程序运行时根据需要加载，不会在编译时被复制到可执行文件中。
共享性高：多个程序可以共享同一个动态库，节省内存和存储空间。
更新方便：如果动态库有bug或者需要升级，只需要替换新的库文件即可，不需要重新编译和链接使用该库的所有程序。
启动速度慢：由于在运行时需要加载库，程序启动速度相对较慢。
依赖性强：可执行文件运行时依赖外部的动态库文件，如果库文件缺失或版本不兼容，程序可能无法正常运行。

接下来创建三个文件 main.c、add.c 和 add.h 来讲解静态库链接和动态库链接的过程。

main.c

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("%d\n", add(10, 10));
    printf("%d\n", add(20, 20));
    return 0;
}

add.c

#include "add.h"

int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

add.h

#ifndef __ADD_H
#define __ADD_H

int add(int a, int b);

#endif

2. 静态库链接

静态库的名字一般为 “libxxx.a”。利用静态库编译生成的可执行文件比较大，因为整个函数库的所有数据都被整合进了可执行文件中。

优点:

不需要外部函数库支持。
加载速度快。

缺点:

静态库升级时，程序需要重新编译。
多个程序调用相同库，静态库会重复载入内存，造成内存浪费。

静态库的制作步骤如下：

编译 add.c 文件为目标文件 add.o：
```
gcc add.c -o add.o -c
```
使用 ar 工具将目标文件 add.o 打包成静态库 libadd.a：
```
ar -rc libadd.a add.o
```

静态库的使用步骤如下：

1. 编译 main.c 文件，并链接静态库 libadd.a，生成可执行文件 output：

gcc main.c -o output -ladd -L.

-L. 表示在当前目录（. 表示当前目录）中查找库。
-ladd 表示链接库名为 libadd.a（省略了前缀 lib 和后缀 .a）。

2. 运行生成的可执行文件 output：

./output

运行结果：

20
40

gcc add.c -o add.o -c：这条命令将 add.c 文件编译为目标文件 add.o。
ar -rc libadd.a add.o：这条命令将目标文件 add.o 打包成静态库 libadd.a。
gcc main.c -o output -ladd -L.：这条命令将 main.c 文件编译并链接静态库 libadd.a，生成可执行文件 output。
- -L. 选项用于指定库文件的搜索路径为当前目录。
- -ladd 选项用于指定链接的库名为 libadd.a。

静态库在编译期间被整合到可执行文件中，提供了加载速度快和独立性高的优点，但在库升级和内存利用方面存在一些缺点。

3. 动态库链接

动态库名字一般为 “libxxx.so”，又称共享库。动态库在编译时没有被编译进可执行文件，所以可执行文件比较小。程序运行时，操作系统帮我们找到库，并跟程序链接起来。

优点:

多个程序可以使用同一个动态库，节省内存。
库可以升级，而不需要重新编译应用程序。

缺点: 加载速度较慢，因为需要在运行时找到并加载库。

动态库的制作步骤如下：

1. 编译 lib.c 文件为动态库 libtest.so：

gcc -shared -fPIC lib.c -o libtest.so

2. 将生成的动态库 libtest.so 复制到 /usr/lib 目录（需要超级用户权限）：

sudo cp libtest.so /usr/lib/

动态库的使用步骤如下：

1. 编译 main.c 文件，并链接动态库 libtest.so，生成可执行文件 output：

gcc main.c -L. -ltest -o output

-L. 表示在当前目录（. 表示当前目录）中查找库。
-ltest 表示链接库名为 libtest.so（省略了前缀 lib 和后缀 .so）。

2. 运行生成的可执行文件 output：

./output

运行结果：

20
40

gcc -shared -fPIC lib.c -o libtest.so：这条命令将 lib.c 文件编译为动态库 libtest.so。-shared 表示创建共享库，-fPIC 表示生成与位置无关的代码（Position Independent Code）。
sudo cp libtest.so /usr/lib/：这条命令将生成的动态库 libtest.so 复制到系统的库目录 /usr/lib 中。
gcc main.c -L. -ltest -o output：这条命令将 main.c 文件编译并链接动态库 libtest.so，生成可执行文件 output。
- -L. 选项用于指定库文件的搜索路径为当前目录。
- -ltest 选项用于指定链接的库名为 libtest.so。