静态链接和动态链接 -- 静态加载(隐式调用)和动态加载(显式调用)

区别

• 静态链接和动态链接

  • 静态链接 : 由链接器在链接时将库的内容加入到可执行程序中，这里的库是静态库，Windows下是*.lib后缀，Linux下是*.a后缀。
  • 动态链接 : 可执行程序加载时(静态加载) 或者 运行时(动态加载)，将库文件中的内容加入到可执行程序中，这里的库是动态库，Windows下是*.dll后缀，Linux下是*.so后缀。

• 静态加载和动态加载

  • 首先，静态加载和动态加载都是动态链接，跟静态链接没有关系。静态加载和动态加载指的都是动态链接的方式。也称为显式调用和隐式调用。
  • 静态加载(隐式调用) : 由编译器完成对动态库的加载和卸载工作。编译阶段需要添加头文件，编译器根据动态库路径取查找动态库。程序运行时，如果找不到动态库就会报错。
  • 动态加载(显式调用) : 是由运行的程序自行决定什么时候加载或卸载动态库的，编译的时候无需添加头文件等。程序运行时，即使找不到动态库，也能正常执行。

• 下面就分别介绍下Linux平台和Windows平台的库的静态链接和动态链接，以及动态库的静态加载和动态加载。

Linux文件内容

• 库文件内容
  • myadd.h

  •   #ifndef __MYADD_H__
      #define __MYADD_H__
    
      int myAdd(int a, int b);
      int myMinus(int a, int b);
      
      #endif
    

  • myadd.c

  •   #include "myadd.h"
    
      int myAdd(int a, int b){
              return a + b;
      }
    
      int myMinus(int a, int b){
              return a - b;
      }
    

• 源文件内容
  • main.c

  •   #include "myadd.h"
      #include 
    
      int main(){
          int data1 = myAdd(10, 20);
          printf("data1 = %d\n", data1);
          int data2 = myMinus(10, 20);
          printf("data2 = %d\n", data2);
          return 0;
      }
    

Linux库文件制作

• 制作静态库
  • gcc -c myadd.c -o myadd.o
  • ar rcs libsmyadd.a myadd.o
• 制作动态库
  • gcc -c myadd.c -o myadd.o -fPIC
  • gcc -shared -o libdmyadd.so myadd.o
• 这里分别制作一个静态库 libsmyadd.a 和一个动态库 libdmyadd.so

Linux静态链接

• 静态链接
  • gcc main.c -o ress -L ./ -lsmyadd
• 可以使用ldd ress命令查看可执行文件的依赖库，可以看到依赖库都是系统库。
  
• 使用nm ress命令查看下符号信息，可以看到可执行文件ress中有对应的函数
  

Linux动态链接(静态加载)

• 生成可执行程序。
  • gcc main.c -o resd -L ./ -ldmyadd -Wl,-rpath=.
• 这里的rpath是指定动态库的加载路径，如果不指定，会去系统库目录下加载。L指定的是动态库的链接路径，这里要注意区分。不指定rpath，编译时不会报错，但运行时会报找不到动态库。如果不指定L，程序编译阶段就会报错。
• 使用ldd resd命令看下可执行程序的依赖，可以看到，这个时候可执行程序需要依赖动态库。
  
• 使用nm resd命令查看下符号信息，可以看到可执行文件resd中有对应的函数
  

Linux动态链接(动态加载)相关函数介绍

• void *dlopen(const char *filename, int flag);
  • 函数功能：打开或者加载一个动态链接库
  • 参数
    • filename : 动态库文件名
    • flag : 动态库加载方式
  • 返回值 : 失败返回NULL
• void *dlsym(void *handle, const char *symbol);
  • 函数功能 : 从动态链接库中获取符号地址
  • 参数
    • handle : dlopen打开的动态库的句柄
    • symbol : 符号，也就是动态库中的函数名
  • 返回值：失败返回NULL
• int dlclose(void *handle);
  • 函数功能 : 关闭或者卸载一个动态链接库
• char *dlerror(void);
  • 函数功能 : 获取错误信息

Linux动态链接(动态加载)

• 动态加载时，需要对源文件main.c作以下修改

•   #include 
    #include 
    
    //定义函数指针
    typedef int (*PADD)(int a, int b);
    typedef int (*PMINUS)(int a, int b);
    
    int main(){
    
            //动态加载so库
            void *handle = dlopen("./libdmyadd.so", RTLD_NOW);
            if(handle == NULL){
                    printf("load libdmyadd.so failed, errmsg is %s\n", dlerror());
                    return -1;
            }
    
            PADD pAdd = (PADD)dlsym(handle, "myAdd");
            if(pAdd == NULL){
                    printf("load myAdd func failed, errmsg is %s\n", dlerror());
                    return -1;
            }
    
            PMINUS pMinus = (PMINUS)dlsym(handle, "myMinus");
            if(pMinus == NULL){
                    printf("load myMinus func failed, errmsg is %s\n", dlerror());
                    return -1;
            }
    
    
            int data1 = pAdd(10, 20);
            printf("data1 = %d\n", data1);
            int data2 = pMinus(10, 20);
            printf("data2 = %d\n", data2);
    
            //动态卸载so库
            dlclose(handle);
    
            return 0;
    }
  

• 可以看到，动态加载时不需要包含动态库的头文件
• 编译命令：gcc main.c -o a.out -ldl
• 编译时，也不需要依赖动态库，但要加一个编译参数 -ldl
• 使用ldd a.out命令看下可执行程序的依赖
  
• 可以看到，不需要依赖对应的库文件。
• 使用nm a.out命令，可以看到可执行程序中也没有动态库文件中对应的符号
  

制作Windows静态库

• 新建一个Win32项目
  
• 这里选择静态库
  
• 建好工程后，分别添加一个头文件myAdd.h和源文件myAdd.cpp
• myAdd.h

•   #pragma once
  
    int myAdd(int a, int b);
  
    int myMinus(int a, int b);
  

• myAdd.cpp

•   #include "myAdd.h"
  
    int myAdd(int a, int b) {
    	return a + b;
    }
  
    int myMinus(int a, int b) {
    	return a - b;
    }
  

• 然后点击生成，就会生成一个静态库文件 staticlib.lib
  

Windows静态加载

• 再新建一个项目
  
• 这里选择控制台应用程序
  
• 创建好工程后，添加一个源文件 main.cpp

•   #include 
    #include 
    #include "myAdd.h"
    
    //加载静态库
    #pragma comment(lib, "staticlib.lib")
    
    int main() {
    	int sum1 = myAdd(10, 22);
    	printf("sum1 = %d\n", sum1);
    	
    	int sum2 = myMinus(10, 20);
    	printf("sum2 = %d\n", sum2);
    	
    	system("pause");
    	return 0;
    }
  

• 然后需要把刚才制作的静态库staticlib.lib以及对应的头文件myAdd.h拷贝到当前工程目录下，然后编译即可运行。
• 可以使用dependency工具查看可执行文件的依赖，都是依赖的系统库。
  

制作Windows动态库

• 新建一个项目
  
• 这里选择DLL
  -
• 建好工程后，分别添加一个头文件myAdd.h和源文件myAdd.cpp
• myAdd.h

•   #pragma once
    
    /* 特别说明
    *  导出函数时(也就是生成动态库时)，要用_declspec(dllexport)声明函数
    *  导入函数时(也就是使用动态库时)，要用_declspec(dllimport)声明函数
    *  但由于我们生成和使用动态库时，使用的是同一个头文件，所以这里声明函数时要做宏控制进行条件编译
    */
    
    #ifdef _DLLAPI
    #define DLLAPI _declspec(dllexport) 
    #else
    #define DLLAPI _declspec(dllimport)
    #endif
    
    //注意这里要使用extern "C"去声明,用c编译器去编译
    //因为我们知道,c++有多态,c++编译器编译函数时，不仅会把名字编译进去，把参数个数和类型也会编译进去
    //因此，如果用c++编译器编译，除了函数名还有其他一些特殊符号。
    extern "C" DLLAPI int myAdd(int a, int b);
    
    extern "C" DLLAPI int myMinus(int a, int b);
  

• myAdd.cpp

•   #include "myAdd.h"
  
    int myAdd(int a, int b)
    {
    	return a + b;
    }
    
    int myMinus(int a, int b)
    {
    	return a - b;
    }
  

• 编译前要添加一个宏定义_DLLAPI，这样生成动态库时就是导出符号。
  
• 点击生成，就会生成一个静态库dynamiclib.lib和动态库dynamiclib.dll
  

Windows动态链接(静态加载)

• 新建一个项目
  
• 选择控制台应用程序
  
• 添加一个源文件main.cpp

•     #include 
      #include 
      #include "myAdd.h"
      
      //加载静态库
      #pragma comment(lib, "dynamiclib.lib")
      
      int main() {
      	int sum1 = myAdd(10, 22);
      	printf("sum1 = %d\n", sum1);
      	
      	int sum2 = myMinus(10, 20);
      	printf("sum2 = %d\n", sum2);
      	
      	system("pause");
      	return 0;
      }
  

• 然后我们需要将静态库dynamiclib.lib和动态库dynamiclib.dll，以及头文件myAdd.h一起拷贝到当前工程目录下，然后再进行编译。
• 可以看下可执行程序的依赖，需要依赖动态库dynamiclib.dll
  

Windows动态链接(动态加载)

• 新建一个项目
  
• 选择控制台应用程序
  
• 建好工程后，添加一个源文件main.cpp

•   #include 
    #include 
    #include 
    
    //定义函数指针
    typedef int(*PADD)(int a, int b);
    typedef int(*PMINUS)(int a, int b);
    
    int main() {
    	//加载动态库
    	HMODULE hDll = LoadLibrary(L"dynamiclib.dll");
    	if (hDll == NULL) {
    		printf("加载testdll.dll失败\n");
    		return -1;
    	}
    
    	//获取动态库中函数地址
    	PADD pAdd = (PADD)GetProcAddress(hDll, "myAdd");
    	if (pAdd == NULL) {
    		printf("获取myAdd地址失败\n");
    		return -1;
    	}
    	
    	PMINUS pMinus = (PMINUS)GetProcAddress(hDll, "myMinus");
    	if (pMinus == NULL) {
    		printf("获取myMinus地址失败\n");
    		return -1;
    	}
    
    	int sum1 = pAdd(10, 20);
    	printf("sum1 = %d\n", sum1);
    	
    	int sum2 = pMinus(10, 20);
    	printf("sum2 = %d\n", sum2);
    	
    	//卸载动态库
    	FreeLibrary(hDll);	
    	
    	system("pause");
    	return 0;
    }
  

• 然后只需要将动态库dynamiclib.dll拷贝到当前工程下，就可以运行了。
• 可以看下可执行程序的依赖，并不需要依赖动态库dynamiclib.dll
  

总结

• 静态链接和动态链接
  • 通过以上介绍可以看到，静态链接就是在编译阶段，将静态库中的符号加载到可执行程序中。优点是可执行程序不需要依赖库文件，可以把可执行程序直接发给用户就可以执行。缺点是项目一旦复杂，可执行程序就会非常大，并且违反了模块化编程思想。动态链接的优点就是可以进行模块化编程，项目中修改某模块时，只需要替换对应的动态库就可以了。缺点是可执行程序要依赖很多库文件，实际开发中经常会因为动态库的依赖问题让人头疼。
• 静态加载和动态加载
  • 静态加载和动态加载都是动态链接，但动态加载更加灵活，可以在程序运行过程中由开发者决定动态库的加载时机和卸载时机，动态库的加载位置也非常灵活，可以由开发者自己指定，且不需要包含对应的头文件。