Статические и разделяемые библиотеки

Библиотека — это набор скомпилированных объектных файлов, которые можно повторно использовать в разных программах, не компилируя исходный код каждый раз.

В C есть два вида библиотек:

• Статические библиотеки (.a), код которых копируется в исполняемый файл во время компоновки
• Динамические библиотеки (.so), загружаемые во время выполнения

Оба вида библиотек начинаются с объектных файлов. Скомпилируйте исходные файлы с помощью -c, как обычно.

Эти файлы .o являются исходным материалом, который архиватор или компоновщик объединит в библиотеку.

Архиватор ar объединяет объектные файлы в архив .a. По соглашению он называется lib<name>.a.

Флаги означают следующее: r — добавить или заменить, c — создать при необходимости, s — записать индекс.

Используйте -L для указания каталога поиска и -l для указания имени библиотеки (уберите префикс lib и суффикс .a).

Необходимый код копируется в исполняемый файл, после чего тот работает самостоятельно.

Статическая компоновка проста и не требует внешних зависимостей:

• Исполняемый файл содержит всё необходимое и не имеет зависимости во время выполнения
• Но копия библиотеки в каждой программе увеличивает размер исполняемых файлов
• Для исправления ошибки в библиотеке необходимо заново скомпоновать каждую использующую её программу

Динамические библиотеки могут загружаться по любому адресу в памяти, поэтому их код должен быть позиционно-независимым. Компилируйте его с флагом -fPIC.

Так создаётся код, использующий относительную адресацию вместо фиксированных адресов.

Создайте файл .so с помощью -shared. По соглашению он называется lib<name>.so.

В отличие от статического архива, это полноценный скомпонованный объект, который загрузчик может отобразить в память во время выполнения.

Компоновка выглядит так же, как в случае статической библиотеки. Разница в том, что код не копируется в исполняемый файл — записывается только ссылка.

Исполняемый файл остаётся небольшим, но теперь зависит от возможности найти libmymath.so во время выполнения.

При запуске динамический загрузчик ищет файл .so в стандартных каталогах. Библиотека в текущем каталоге в этот список не входит.

Для тестирования укажите загрузчику путь к ней с помощью LD_LIBRARY_PATH (Linux).

Динамические библиотеки жертвуют простотой ради гибкости:

• Одна копия в памяти используется несколькими программами, что экономит RAM и место на диске
• Исправление ошибки в .so приносит пользу всем программам без повторной компоновки
• Но программа не запустится, если файл .so отсутствует или несовместим

Этот последний риск обычно называют «адом зависимостей».

Два инструмента помогают узнать, с какими библиотеками связан двоичный файл:

• ldd app выводит список динамических библиотек, которые понадобятся загрузчику во время выполнения
• nm libmymath.a выводит список символов (функций) внутри библиотеки

Если ldd показывает «not found», загрузчик не может найти файл .so в путях поиска.

Теперь Вы умеете собирать и компоновать оба вида библиотек:

• Статические: ar rcs libX.a *.o; код копируется в двоичный файл, который получается автономным, но более крупным
• Динамические: компилируются с -fPIC, создаются с -shared, а код загружается во время выполнения
• Оба вида подключаются с помощью -L и -l; динамическим библиотекам нужен путь поиска во время выполнения, например LD_LIBRARY_PATH

Теперь Вы освоили всю цепочку инструментов — от препроцессора до сборки.