mingw64下动态库和静态库链接的真正区别和用法（详细）

笔者一直以来都对mingw64下动态库和静态库链接的真正区别和用法存疑，于是做了一些测试，这篇文章记录了测试过程和测试结果，如果只想知道结果可以跳转到文章末尾

一、准备工作

首先准备三个测试文件

其中add.c最终会被编译会静态库或动态库，被测试文件main.c调用
使用如下命令构建静态库

gcc -c add.c -o add.o
ar rcs libadd.a add.o

得到静态库如下：

接着使用如下命令构建动态库

gcc -fPIC -shared add.c -o libadd.dll

得到动态库如下：

二、测试过程

1.当一个静态库和一个动态库重名，并且位于同一文件夹下，编译器优先链接哪一个

首先把五个文件放在同一路径下

已知在编译指令中，链接libadd.a 和链接libadd.dll都只需要加上以下参数

-ladd

也即这里静态库和动态库可以看做是重名的，于是我们先来测试当输入-ladd的时候，gcc会默认链接哪个库
输入指令：

gcc main.c -I ./ -L ./ -ladd -o normal_two_implicit

得到文件

文件名是为了对比实验方便而设置的，其中normal意味着正常状态，与后面要进行的反常测试相对应，two表示静态库和动态库同时位于同一文件夹下，与之后将某个库移走单独测试剩下的库相对应，implicit意为在链接命令中隐式指出库名称（即-l格式的指明方法），与之后显示给出库的全称的测试对应。
虽然现在得到了可执行文件，但是现在我们还无法判断默认链接的是哪一个库，于是继续进行测试
先把libadd.dll暂时移到其他文件夹里，只保留libadd.a，再键入同样的命令：

gcc main.c -I ./ -L ./ -ladd -o normal_a_implicit

得到文件

这里的exe一定链接的是静态库，而且和上一个exe大小完全相同，因此合理推测前一个exe也是链接了静态库，也即：当两种同名库同时存在于同一文件夹，并且使用-l格式参数隐式指出链接库名称时，gcc优先链接后缀为.a的库（为什么不说优先链接静态库？后续的测试会说明）
然后把libadd.a暂时移到其他文件夹里，只保留libadd.dll，再键入同样的命令：

gcc main.c -I ./ -L ./ -ladd -o normal_dll_implicit

得到文件

文件大小只有54KB，小于前两个，因此这是个链接了动态库的exe

因此得到结论：当一个静态库和一个动态库重名，并且位于同一文件夹下，编译器优先链接后缀.a的库

2.-static参数有什么用

之前一直以为，加了-static就是静态链接，做出来的exe一定就是那种完全可以移植的，但是经过测试以后我发现我大错特错
首先把libadd.a和libadd.dll放回原位

然后输入以下命令：

gcc -static main.c -I ./ -L ./ -ladd -o normal_two_implicit_static

得到：

文件大小为64KB，这说明不出所料地，编译器优先链接了静态库，这和-static关键字很搭，接下来把libadd.dll暂时移走，只留下libadd.a，输入以下命令

gcc -static main.c -I ./ -L ./ -ladd -o normal_a_implicit_static

得到

64KB，链接了静态库，依然在意料之中
这次移走libadd.a，只留下libadd.dll，然后输入以下命令

gcc -static main.c -I ./ -L ./ -ladd -o normal_dll_implicit_static

错误出现了：

错误信息为并没有找到库文件！这和我们的预设也一致，因为-static禁用了动态库，所以不再能找得到动态库dll
测试至此本可以结束，但是这里仍然存在一个疑问：我们到目前为止还没有通过显式的指出文件名来链接库，因为其结果似乎不用想都可以知道，那就是给出什么文件名就链接哪个文件，不可能出现重名的情况，这当然是对的，但是在-static关键字的加持下，似乎在另一个角度出现了有意思的现象
再一次把文件归位在一起

键入如下命令：

gcc -static main.c -I ./ -L ./ libadd.a -o normal_a_explicit_static

得到文件

没有问题
然后键入如下命令

gcc -static main.c -I ./ -L ./ libadd.dll -o normal_dll_explicit_static

根据之前的经验，我猜测：由于-static禁用了动态库链接的选项，那么这条命令应该也会失败并报错，但是奇怪的事情发生了，命令正常运行并且得到了正常的动态库链接exe（因为它的大小为54KB）

至此我们得到了第二个十分有用的结论：-static并不禁用动态链接，它只是禁用了采用隐式指明库名法(即以-l格式指明库名）时动态链接的选项，如果你愿意的话完全可以在有-static的情况下输入完整的动态库dll的全称来进行动态链接

3.编译器靠什么识别一个库时静态库还是动态库（后缀还是二进制内容）

这个疑问乍看起来有些多次一举：后缀为.a的就是静态库，后缀为.dll的就是动态库呀。
但是事实真的如此吗？我们完全可以通过修改后缀名而保持它们的二进制数据并不变化，修改以后真正的静态库后缀为.dll，而真正的动态库后缀为.a，。在这种情况下如果将.a链接进去，编译器会辨别出它实际上是个披着静态库外皮的动态库呢，还是会傻傻地将其当做静态库打包进exe？于是有了下面的测试：
修改后缀名的过程略去

经过修改后缀名，现在这里的.a才是真正的动态库，而.dll才是真正的静态库
键入以下命令：

gcc main.c -I ./ -L ./ -ladd -o unnormal_two_implicit

得到文件

文件只有54KB，这说明它实际上链接了动态库，也即现在的.a库，这与我们测试1中的结论也相同，即：当同名库同时存在时，隐式指明库名会默认优先链接.a库（这也是为什么前面不说优先链接静态库的原因，因为.a不一定是静态库，在本例中它是一个披着静态库后缀的动态库）
于是得到有用的第三条结论：编译器靠二进制内容识别静态库和动态库，而不会被其后缀名所迷惑

三、结论

1.当一个静态库和一个动态库重名，并且位于同一文件夹下，编译器优先链接后缀.a的库
2.-static并不禁用动态链接，它只是禁用了采用隐式指明库名法(即以-l格式指明库名）时动态链接的选项，如果你愿意的话完全可以在有-static的情况下输入完整的动态库dll的全称来进行动态链接
3.编译器靠二进制内容识别静态库和动态库，而不会被其后缀名所迷惑

下面以编程人员的角度，根据以上三条结论再导出出几条实用结论：

Q：当需要把一个dll链接进程序的时候该怎么做？
A：在不确定是否有重名库的情况下，建议直接在编译参数中显式给出库名的全称，如果确定没有重名静态库的话，可以考虑使用-l的参数指出dll的名称

Q：当需要进行静态编译，即把所有库打包放进exe以保证其良好的不受环境依赖性的时候该怎么做？
A：只加一条-static并不会完事大吉，建议仔细检查给出的库中不包含动态库，然后加上-static参数作为最终检查

Q：我要开发一个程序，程序运行时需要调用一些第三方动态库如opencvworld455.dll，但是我又希望我编译出的exe可以单独发布出去让其他人运行，可以做到把opencvworld455.dll静态链接到exe中吗？
A：不能这么做，动态库无法静态链接，这是库的二进制内容差异决定的，要发布依赖第三方dll的可执行文件exe，必须同时打包发布其依赖的第三方dll（有些商业软件为了保证在一些连基本dll环境如msvcr.dll都没有的机器上运行，甚至会将全部dll和exe一起打包发布）

四、注

1.本文省略了一些与主题相关性不高的测试过程，比如测试第一个问题，重名问题时，并没有给出显式指明库名的结果，以及第三个问题，编译器靠什么识别一个库时静态库还是动态库问题中，也没有给出加上-static之后的测试结果，另外仅凭文件大小就判断链接了静态库和动态库未免有些草率，这些问题都从某种程度上显得测试的逻辑性不够严密。但实际上笔者几乎做了一切可以想到的测试，并且通过移走dll再运行exe发现不能运行才判断其为动态链接产物，发现能运行才判断其为静态链接产物，这些测试结果由于结果显而易见和篇幅限制（懒）的缘故在文章中没有给出，感兴趣的读者可以自己试试
2.本文测试的平台为mingw64+windows10，结论并不一定适用于其他平台
3.如有错误，欢迎指正