Biblioteki statyczne i współdzielone

Biblioteka to zbiór skompilowanych plików obiektowych, które można ponownie wykorzystywać w różnych programach bez każdorazowego ponownego kompilowania kodu źródłowego.

W języku C występują dwa rodzaje bibliotek:

• biblioteki statyczne (.a), kopiowane do pliku wykonywalnego podczas konsolidacji
• biblioteki współdzielone (.so), ładowane w czasie wykonywania

Oba rodzaje bibliotek zaczynają się od plików obiektowych. Należy jak zwykle skompilować pliki źródłowe z opcją -c.

Te pliki .o stanowią surowiec, który archiwizator lub konsolidator zapakuje do biblioteki.

Archiwizator ar łączy pliki obiektowe w archiwum .a. Konwencjonalna nazwa to lib<name>.a.

Flagi oznaczają: r — wstaw, c — utwórz w razie potrzeby, s — zapisz indeks.

Do konsolidacji należy użyć -L do wskazania katalogu wyszukiwania oraz -l do wskazania nazwy biblioteki (należy pominąć prefiks lib i przyrostek .a).

Potrzebny kod jest kopiowany do pliku wykonywalnego, który może następnie działać samodzielnie.

Konsolidowanie statyczne jest proste i samowystarczalne:

• Plik wykonywalny zawiera wszystko, więc nie ma zależności w czasie wykonywania
• Jednak każdy program przechowujący własną kopię ma większy rozmiar
• Naprawa błędu w bibliotece wymaga ponownej konsolidacji każdego programu, który z niej korzysta

Biblioteki współdzielone mogą być ładowane pod dowolny adres pamięci, dlatego ich kod musi być niezależny od położenia. Należy kompilować go z opcją -fPIC.

Powoduje to wygenerowanie kodu używającego adresowania względnego zamiast stałych adresów.

Plik .so należy zbudować z opcją -shared. Konwencjonalna nazwa to lib<name>.so.

W przeciwieństwie do archiwum statycznego jest to rzeczywiście skonsolidowany obiekt, który program ładujący może odwzorować w pamięci podczas działania programu.

Konsolidowanie wygląda tak samo jak w przypadku biblioteki statycznej. Różnica polega na tym, że kod nie jest kopiowany do pliku wykonywalnego — zapisywane jest tylko odwołanie.

Plik wykonywalny pozostaje mały, ale od tej pory wymaga znalezienia libmymath.so w czasie wykonywania.

Podczas uruchamiania dynamiczny program ładujący przeszukuje standardowe ścieżki w poszukiwaniu pliku .so. Biblioteka w bieżącym katalogu nie znajduje się na tej liście.

Do testów można wskazać ją programowi ładującemu za pomocą LD_LIBRARY_PATH (Linux).

Biblioteki współdzielone zamieniają prostotę na elastyczność:

• Jedna kopia w pamięci jest współdzielona przez wiele programów, co oszczędza pamięć RAM i miejsce na dysku
• Naprawa błędu w pliku .so przynosi korzyść każdemu programowi bez ponownej konsolidacji
• Program nie uruchomi się jednak, jeśli pliku .so brakuje lub jest niezgodny

To ostatnie zagrożenie jest klasycznym przykładem „dependency hell”, czyli piekła zależności.

Dwa narzędzia pomagają sprawdzić, z czym konsolidowany jest plik binarny:

• ldd app wyświetla biblioteki współdzielone potrzebne programowi ładującemu w czasie wykonywania
• nm libmymath.a wyświetla symbole (funkcje) znajdujące się w bibliotece

Jeśli ldd wyświetla „not found”, program ładujący nie może znaleźć tego pliku .so na swojej ścieżce wyszukiwania.

Potrafi już Pan/Pani budować i konsolidować oba rodzaje bibliotek:

• Statyczne: ar rcs libX.a *.o; kod jest kopiowany do pliku binarnego, który jest samowystarczalny, ale większy
• Współdzielone: kompilowane z -fPIC, budowane z -shared, a kod ładowany w czasie wykonywania
• Oba rodzaje konsoliduje się za pomocą -L i -l; biblioteki współdzielone wymagają ścieżki wyszukiwania w czasie wykonywania, takiej jak LD_LIBRARY_PATH

Ma już Pan/Pani kompletny łańcuch narzędzi od preprocesora po budowanie.