linux靜態連結庫與動態連結程式庫

一、引言
基礎部分參見《淺談 UNIX 系統下gcc / g++ 的編譯與連結》。

通 常情況下，對函數庫的連結是放在編譯時間期（compile time）完成的。所有相關的對象檔案（object file）與牽涉到的函數庫（library）被連結合成一個可執行檔（executable file）。程式在運行時，與函數庫再無瓜葛，因為所有需要的函數已拷貝到自己門下。所以這些函數庫被成為靜態庫（static libaray），通常檔案名稱為“libxxx.a”的形式。

其實，我們也可以把對一些庫函數的連結載入延遲到程式啟動並執行時期（runtime）。這就是如雷貫耳的動態連結程式庫（dynamic link library）技術。

二、動態連結程式庫的特點與優勢
首先讓我們來看一下，把庫函數延遲到程式運行時期載入的好處：
1. 可以實現進程之間的資源共用。
什麼概念呢？就是說，某個程式的在運行中要調用某個動態連結程式庫函數的時候，作業系統首先會查看所有正在啟動並執行程式，看在記憶體裡是否已有此庫函數的拷貝了。如果有，則讓其共用那一個拷貝；只有沒有才連結載入。這樣的模式雖然會帶來一些“動態連結”額外的開銷，卻大大的節省了系統的記憶體資源。C的標準庫就是動態連結程式庫，也就是說系統中所有啟動並執行程式共用著同一個C標準庫的程式碼片段。

2. 將一些程式升級變得簡單。使用者只需要升級動態連結程式庫，而無需重新編譯連結其他原有的代碼就可以完成整個程式的升級。Windows 就是一個很好的例子。

3. 甚至可以真正坐到連結載入完全由程式員在程式碼中控制。
程式員在編寫程式的時候，可以明確的指明什麼時候或者什麼情況下，連結載入哪個動態連結程式庫函數。你可以有一個相當大的軟體，但每次啟動並執行時候，由於不同的操作需求，只有一小部分程式被載入記憶體。所有的函數本著“有需求才調入”的原則，於是大大節省了系統資源。比如現在的軟體通常都能開啟若干種不同類型的檔案，這些讀寫操作通常都用動態連結程式庫來實現。在一次運行當中，一般只有一種類型的檔案將會被開啟。所以直到程式知道檔案的類型以後再載入相應的讀寫函數，而不是一開始就將所有的讀寫函數都載入，然後才發覺在整個程式中根本沒有用到它們。

三、動態連結程式庫的建立
由於動態連結程式庫函數的共用特性，它們不會被拷貝到可執行檔中。在編譯的時候，編譯器只會做一些函數名之類的檢查。在程式啟動並執行時候，被調用的動態連結程式庫函數被安置在記憶體的某個地方，所有調用它的程式將指向這個程式碼片段。因此，這些代碼必須實用相對位址，而不是絕對位址。在編譯的時候，我們需要告訴編譯器，這些對象檔案是用來做動態連結程式庫的，所以要用地址不無關代碼（Position Independent Code （PIC））。

對gcc編譯器，只需添加上 -fPIC 標籤，如：
gcc -fPIC -c file1.c
gcc -fPIC -c file2.c
gcc -shared libxxx.so file1.o file2.o

注意到最後一行，-shared 標籤告訴編譯器這是要建立動態連結程式庫。這與靜態連結庫的建立很不一樣，後者用的是 ar 命令。也注意到，動態連結程式庫的名字形式為 “libxxx.so” 尾碼名為 “.so”

四、動態連結程式庫的使用
使用動態連結程式庫，首先需要在編譯期間讓編譯器檢查一些文法與定義。
這與靜態庫的實用基本一樣，用的是 -Lpath 和 -lxxx 標籤。如：
gcc file1.o file2.o -Lpath -lxxx -o program.exe

編譯器會先在path檔案夾下搜尋libxxx.so檔案，如果沒有找到，繼續搜尋libxxx.a（靜態庫）。

在程式運行期間，也需要告訴系統去哪裡找你的動態連結程式庫檔案。在UNIX下是通過定義名為 LD_LIBRARY_PATH 的環境變數來實現的。只需將path賦值給此變數即可。csh 命令為：
setenv LD_LIBRARY_PATH   your/full/path/to/dll

一切安排妥當後，你可以用 ldd 命令檢查是否串連正常。
ldd program.exe

如果一切順利，它將會輸出你所用到的函數庫的清單。否則，將會抱怨無法找到某個庫。