C++基础知识之动态库静态库

一、 静态库与动态库

库（library），一般是一种可执行的二进制格式，被操作系统载入内存执行。

我们通常把一些公用函数制作成函数库，供其它程序使用。
函数库分为静态库和动态库

静态库和动态库区别：

静态库在程序编译时会被连接到目标代码中，程序运行时将不再需要该静态库。因此，使用了静态库的可执行程序存储在磁盘上的空间就比较大。

动态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，因此在程序运行时还需要动态库存在。

静态库和动态库命名规范：

linux：

静态库文件名的命名规范是以lib为前缀，紧接着跟静态库名，扩展名为.a。

动态库文件名的命名规范是以以lib为前缀，但其文件扩展名为.so

window:

静态库是.lib文件（但和dll文件的.lib文件是不同的，下面会有阐述）。

动态库是dll文件（Dynamic Linked Library）。

在Windows操作系统中，Visual Studio使用lib.exe作为库的管理工具，负责创建静态库和动态库。

二、在Windows下创建和使用静态库

创建静态库有3个方法：

创建静态库方法一

1. 通过使用带编译器选项 /c 的 Cl.exe 编译代码 (cl/c StaticMath.cpp)，创建名为“StaticMath.obj”的目标文件。

2. 然后，使用库管理器 Lib.exe 链接代码 (lib StaticMath.obj)，创建静态库StaticMath.lib。

创建静态库方法二

创建Win32控制台程序时，勾选静态库类型；

创建静态库方法三

工程的“Properties” -> "Configuration Properties” -> ”General”，将ConfigurationType选为Static Library(.lib)。

使用静态库有2个方法：

使用静态库方法一

在 Project’s Properties -> Linker-> Command Line -> Additional Options 添加静态库的完整路径。

使用静态库方法二

在 Project's Properties -> Linker -> General-> Additional Library Directories，添加静态库所在目录；

在 Project’s Properties -> Linker -> Input ->Additional Dependencies，添加静态库的文件名。

注意，静态库的文件名叫xxx.lib，和动态库的导入库文件的文件后缀名相同。二者内容当然是完全不同的：静态库文件当然包含了执行代码和符号表，而动态库的导入库文件则只包含了地址符号表。

三、动态库的调用方式

动态库的调用方式有2种：隐式调用 和 显式调用。

1. 隐式调用

和调用静态库方法二类似，除了需要头文件之外，还要：

在 Project’s Properties -> Linker-> General -> Additional Library Directories，添加动态库的导入库文件（即.lib文件）的所在目录；

在Project’s Properties -> Linker -> Input ->Additional Dependencies，添加动态库的导入库的文件名。

隐式调用的优点是，既可以使用导出函数，也可以使用导出类。

2. 显式调用

应用程序在运行时显式加载 DLL：

a. 调用 LoadLibrary（或相似的函数）以加载 DLL 和获取模块句柄。

b. 调用 GetProcAddress，以获取指向应用程序要调用的每个导出函数的函数指针。由于应用程序是通过指针调用 DLL的函数，编译器不生成外部引用，故无需与导入库链接。

c. 使用完 DLL 后调用 FreeLibrary。

显式调用有一个比较大的问题，就是很难使用导出类。

四、如何找到动态库

在上一节中，细心的读者会发现，我们只是在VS中设置和.lib相关的选项，就可以使用动态库了。但是可执行文件又是如何找到dll文件的呢？毕竟.lib文件未必需要和dll文件放在一起。

其实，搜索动态库文件dll的顺序是这样的：

1． 包含EXE文件的目录，

2． 进程的当前工作目录，

3． Windows系统目录，

4． Windows目录，

5． 列在Path环境变量中的一系列目录。

五、__declspec(dllexport) 和 __declspec(dllimport)

这2个宏是Windows对动态库（dll）进行编程和使用的时候所特有的，在Linux系统上则不需要这2个宏。

先来看看它们的作用：

1.  __declspec(dllexport)可以被用来修饰一个函数或一个类，以表明这是一个导出函数或导出类。所以，这个宏是用在为dll做编程实现的时候的。

当修饰类的时候，该宏要写在class关键字的后面、类名的前面；

当修饰函数的时候，要写在函数声明的前面，而因为name mangling的问题，在此宏的前面还要写上extern“C”. 比如：

extern "C" MYDLL_DECL_EXPORT void say_hello();

2. __declspec(dllimport) 被用来在调用dll的程序里，表明该程序要调用的某个函数是import自某动态库的。所以，该宏的具体位置是在对dll进行描述的头文件中的。

3. 从以上可以看出，在dll的实现中，我们需要__declspec(dllexport)来表明这些函数和类是导出函数和导出类，而在使用dll的程序中，又要用__declspec(dllimport)来表明它所描述的函数或类是来自于某dll。那么这样的话，岂不是需要2个不同但又很相近的头文件来做这些函数和类的声明了吗？能否将这2个函数合并成一个呢？答案是可以的 – 使用宏进行判断：当宏A存在时，就认为宏B是__declspec(dllexport)，否则就认为宏B是__declspec(dllimport)。具体实例如下：

    #ifdef MYDLL_EXPORTS
    #define MYDLL_DECL_EXPORT __declspec(dllexport)
    #else
    #define MYDLL_DECL_EXPORT __declspec(dllimport)
    #endif

所以，在dll的实现中，需要在Preprocessor Definitions里定义MYDLL_EXPORTS，而在dll的使用者那里就不需要定义MYDLL_EXPORTS了。

举例：
在创建函数库前，我们先来准备举例用的源程序，并将函数库的源程序编译成.o文件。

无论静态库，还是动态库，都是由.o文件创建的。因此，我们必须将源程序hello.c通过gcc先编译成hello.o文件。
第1步：编辑得到举例的程序--hello.h、hello.c和main.c;
hello.h(见程序1)为该函数库的头文件。
hello.c(见程序2)是函数库的源程序，其中包含公用函数hello，该函数将在屏幕上输出"Hello World!"。
main.c(见程序3)为测试库文件的主程序，在主程序中调用了公用函数hello。
程序1: hello.h

#ifndef HELLO_H //防止该头文件被重复引用
#define HELLO_H
void hello(const char *name);
#endif // !HELLO_H

程序2: hello.c

#include "hello.h"
#include<stdio.h>
void hello(const char *name) {
    printf("Hello %s!", name);
}

程序3: main.c

#include "hello.h"
int main() {
    hello(" everyone");
    return ;
}

第2步：将hello.c编译成.o文件;
在系统提示符下键入以下命令得到hello.o文件。
　　# gcc -c hello.c
　　(注2：首字符"#"是系统提示符，不需要键入，下文相同。)
　　下面我们先来看看如何创建静态库，以及使用它。

　　第3步：由.o文件创建静态库;

　　静态库文件名的命名规范是以lib为前缀，紧接着跟静态库名，扩展名为.a。

例如：我们将创建的静态库名为hello，则静态库文件名就是libhello.a。在创建和使用静态库时，需要注意这点。创建静态库用ar命令。

　　在系统提示符下键入以下命令将创建静态库文件libmyhello.a。
　　# ar cr libhello.a hello.o
　　# ls
　　hello.c hello.h hello.o libhello.a main.c
　　第4步：在程序中使用静态库;

　　静态库制作完了，如何使用它内部的函数呢？只需要在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数的原型声明，然后在用gcc命令生成目标文件时指明静态库名，gcc将会从静态库中将公用函数连接到目标文件中。注意，gcc会在静态库名前加上前缀lib，然后追加扩展名.a得到的静态库文件名来查找静态库文件。

　　在程序3:main.c中，我们包含了静态库的头文件hello.h，然后在主程序main中直接调用公用函数hello。下面先生成目标程序hello，然后运行hello程序看看结果如何。

　　# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello
　　# ./hello
　　Hello everyone!
　　#
　　我们删除静态库文件试试公用函数hello是否真的连接到目标文件 hello中了。

　　# rm libmyhello.a
　　rm: remove regular file `libmyhello.a'? y
　　# ./hello
　　Hello everyone!
　　#
　　程序照常运行，静态库中的公用函数已经连接到目标文件中了。
　　我们继续看看如何在Linux中创建动态库。我们还是从.o文件开始。
　　第5步：由.o文件创建动态库文件;
　　动态库文件名命名规范和静态库文件名命名规范类似，也是在动态库名增加前缀lib，但其文件扩展名为.so。例如：我们将创建的动态库名为hello，则动态库文件名就是libhello.so。用gcc来创建动态库。
　　在系统提示符下键入以下命令得到动态库文件libhello.so。
　　# gcc -shared -fPCI -o libhello.so hello.o
　　# ls
　　hello.c hello.h hello.o libhello.so main.c
　　第6步：在程序中使用动态库;

　　在程序中使用动态库和使用静态库完全一样，也是在使用到这些公用函数的源程序中包含这些公用函数的原型声明，然后在用gcc命令生成目标文件时指明动态库名进行编译。我们先运行gcc命令生成目标文件，再运行它看看结果。
　　# gcc -o hello main.c -L. -lhello
　　# ./hello
　　./hello: error while loading shared libraries: libhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory
　　#
　　哦!出错了。快看看错误提示，原来是找不到动态库文件libhello.so。程序在运行时，会在/usr/lib和/lib等目录中查找需要的动态库文件。若找到，则载入动态库，否则将提示类似上述错误而终止程序运行。我们将文件 libhello.so复制到目录/usr/lib中，再试试。
　　# mv libhello.so /usr/lib
　　# ./hello
　　Hello everyone!
　　#
　　成功了。这也进一步说明了动态库在程序运行时是需要的。
　　我们回过头看看，发现使用静态库和使用动态库编译成目标程序使用的gcc命令完全一样，那当静态库和动态库同名时，gcc命令会使用哪个库文件呢？抱着对问题必究到底的心情，来试试看。
　　先删除 除.c和.h外的 所有文件，恢复成我们刚刚编辑完举例程序状态。
　　# rm -f hello hello.o /usr/lib/libhello.so
　　# ls
　　hello.c hello.h main.c
　　#
　　在来创建静态库文件libhello.a和动态库文件libhello.so。
　　# gcc -c hello.c
　　# ar cr libhello.a hello.o
　　# gcc -shared -fPCI -o libhello.so hello.o
　　# ls
　　hello.c hello.h hello.o libhello.a libhello.so main.c
　　#
　　通过上述最后一条ls命令，可以发现静态库文件libhello.a和动态库文件libhello.so都已经生成，并都在当前目录中。然后，我们运行gcc命令来使用函数库hello生成目标文件hello，并运行程序 hello。
　　# gcc -o hello main.c -L. -lhello
　　# ./hello
　　./hello: error while loading shared libraries: libhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory
　　#
　　从程序hello运行的结果中很容易知道，当静态库和动态库同名时， gcc命令将优先使用动态库。