函數的重要性

我們在編寫一個C語言程序的時候，經常會遇到好多重復或常用的部分，如果每次都重新編寫固然是可以的，不過那樣會大大降低工作效率，并且影響代碼的可讀性，更不利于后期的代碼維護。我們可以把他們制作成相應的功能函數，使用時直接調用就會很方便，還可以進行后期的功能升級。

例如我要在一段代碼中多次交換兩個變量的值，我可以在代碼中多次寫入：

i=x;
x=y;
y=i;

不過這樣未免有點麻煩我們可以編寫一個change_two_int()函數進行簡化。

定義如下函數：

void change_two_int( int *a，int *b ){int c;c=*a;a=b;*b=c;}

這樣每次要進行交換時只需調用change_two_int(&x , &y);?即可，是否方便了許多？

那么，我們要討論的和這些有什么關系呢？庫通俗的說就是把這些常用函數的目標文件打包在一起，提供相應函數的接口，便于程序員使用。庫是別人寫好的現有的，成熟的，可以復用的代碼，我們只需要知道其接口如何定義，便可以自如使用。

共享庫=靜態庫

現實中每個程序都要依賴很多基礎的底層庫，不可能每個人的代碼都從零開始，因此庫的存在意義非同尋常。比如我們常使用的printf函數，就是C標準庫提供的函數。我們在使用時只需要包含相應的頭文件就可以使用(非靜態編譯還要有相應的庫文件)。而不用關心printf函數具體是如何實現的，這樣就大大提高了程序員編寫代碼的效率。

從使用方法上分庫大體上可以分為兩類：靜態庫和共享庫。

在windows中靜態庫是以.lib為后綴的文件，共享庫是以.dll為后綴的文件。在linux中靜態庫是以.a為后綴的文件，共享庫是以.so為后綴的文件。

以linux下的靜態庫和動態庫為例我們研究一下，首先我們看一下他們的生成方式。

?靜態庫

• 首先將源文件編譯成目標文件：gcc –c a.c b.c

• 生成靜態庫：ar –rc libstatic.a a.o b.o

?共享庫

• 同靜態庫一樣編譯成目標文件：gcc –c a.c b.c

• 生成共享庫：gcc –fPIC –shared –o libshared.so a.o b.o

由此可見靜態庫和動態庫都是對目標文件的處理，也可以說庫文件已經是機器碼文件了，靜態庫和共享庫的加載過程有很大的區別。

• 靜態庫的鏈接方法：

gcc –o staticcode –L. –lstatic main.c –static(默認庫在當前文件夾)

• 共享庫的鏈接方法：

gcc –o sharedcode -L. –lshared main.c(默認庫在當前文件夾)

靜態庫

當程序與靜態庫連接時，庫中目標文件所含的所有將被程序使用的函數的機器碼被copy到最終的可執行文件中。這就會導致最終生成的可執行代碼量相對變多，相當于編譯器將代碼補充完整了，優點是這樣運行起來相對就快些。

不過會有個缺點：占用磁盤和內存空間。靜態庫會被添加到和它連接的每個程序中，而且這些程序運行時，都會被加載到內存中。無形中又多消耗了更多的內存空間。

動態庫

與共享庫連接的可執行文件只包含它需要的函數的引用表，而不是所有的函數代碼，只有在程序執行時, 那些需要的函數代碼才被拷貝到內存中。

優點：這樣就使可執行文件比較小，節省磁盤空間，更進一步，操作系統使用虛擬內存，使得一份共享庫駐留在內存中被多個程序使用，也同時節約了內存。

缺點：不過由于運行時要去鏈接庫會花費一定的時間，執行速度相對會慢一些，總的來說靜態庫是犧牲了空間效率，換取了時間效率，共享庫是犧牲了時間效率換取了空間效率，沒有好與壞的區別，只看具體需要了。

另外，一個程序編好后，有時需要做一些修改和優化，如果我們要修改的剛好是庫函數的話，在接口不變的前提下，使用共享庫的程序只需要將共享庫重新編譯就可以了，而使用靜態庫的程序則需要將靜態庫重新編譯好后，將程序再重新編譯一遍。這也是使用過程當中的差別，以現在的項目舉例，在遠程更新的時候，如果只是*.so動態庫封裝內容變化了，那么只需要更新*.so即可。

總結

?靜態庫和動態庫在兩種系統下存在形式

Windows下：

• .dll動態庫

• .lib靜態庫

• 庫即為源代碼的二進制文件

Linux下：

• .so動態庫

• .a靜態庫

?靜態庫和動態庫的優缺點

靜態庫在程序編譯時會被連接到目標代碼中，程序運行時將不再需要該靜態庫。

動態庫在程序編譯時并不會被連接到目標代碼中，而是在程序運行時才被載入，因此在程序運行時還需要動態庫存在。

(1)庫文件是如何產生的在linux下？

靜態庫的后綴是.a，它的產生分兩步：

• 由源文件編譯生成一堆.o，每個.o里都包含這個編譯單元的符號表。

• ar命令將很多.o轉換成.a，成文靜態庫。

動態庫的后綴是.so，它由gcc加特定參數編譯產生。

例如：

gcc?fPIC?c?.cgcc?fPIC?c?.c gcc -shared -Wl,-soname, libfoo.so.1 -olibfoo.so.1.0 *.

(2)庫文件是如何命名的，有沒有什么規范？

在linux下，庫文件一般放在/usr/lib和/lib下：

• 靜態庫的名字一般為libxxxx.a，其中xxxx是該lib的名稱。

• 動態庫的名字一般為libxxxx.so.major.minor，xxxx是該lib的名稱，major是主版本號， minor是副版本號。

(3)如何知道一個可執行程序依賴哪些庫？

ldd命令可以查看一個可執行程序依賴的共享庫。

例如 #ldd /bin/lnlibc.so.6，可以看到ln命令依賴于libc庫和ld-linux庫：

=> /lib/libc.so.6 (0×40021000)/lib/ld-linux.so.2

=> /lib/ld- linux.so.2 (0×40000000)

(4)可執行程序在執行的時候，如何定位共享庫文件？

當系統加載可執行代碼時候，能夠知道其所依賴的庫的名字，但是還需要知道絕對路徑。此時就需要系統動態載入器(dynamiclinker/loader)。

總結

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