制作和使用静态库动态库

使用一个虚构的例子来讲解。

系统: Debian GNU/Linux 12 (bookworm) 编译器: g++ (Debian 12.2.0-14) 12.2.0

基础

现在我想要编写一个程序，从命令行读取数字，计算该数字的平方根，并打印出结果。程序名字为calcSqrt，假想的使用效果如下：

$ ./calcSqrt 9
The square root of 9 is 3

为了实现该程序，我编写了一个数学函数库MathFunctions，程序 calcSqrt 调用其中的函数 MathFunctions::sqrt() 来计算平方根。

根据上述描述，最终得到的代码如下：

calcSqrt.cpp

#include <iostream>
#include "MathFunctions/MathFunctions.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
  if (argc != 2)
  {
    std::cout << "Usage: " << argv[0] << " number" << std::endl;
    return 1;
  }

  const double inputValue{std::stof(argv[1])};
  const double result{mathfunctions::sqrt(inputValue)};

  std::cout << "The square root of " << inputValue << " is " << result << std::endl;
  return 0;
}

MathFunctions/MathFunctions.h

#pragma once

namespace mathfunctions {
double sqrt(double x);
}

MathFunctions/MathFunctions.cpp

#include "MathFunctions.h"
#include <cmath>

namespace mathfunctions {
double sqrt(double x) {
  return std::sqrt(x);
}
} // namespace mathfunctions

编译运行程序：

$ g++ -o calcSqrt calcSqrt.cpp MathFunctions/MathFunctions.cpp
$ ./calcSqrt
Usage: ./calcSqrt number
$ ./calcSqrt 9
The square root of 9 is 3

非常完美地实现了想要的效果。

静态库

现在我想要把MathFunctions制作成静态库，原因是这个库里含有商业机密，我想要的效果是，在我分发给别人后，别人只能使用该库，而无法看到实现代码。

制作静态库

通用的“公式”为：g++ -c -o lib库名.a 代码文件列表。

g++ -c -o libMathFunctions.a MathFunctions/MathFunctions.cpp

运行上述命令，得到静态库libMathFunctions.a。

各选项解释如下：

-c: 告诉编译器只进行编译，而不进行链接。 -o: 指定生成的目标文件的文件名。

使用静态库

通用的“公式”为：g++ 选项代码文件列表 -l 库名 -L 库文件所在目录名。

g++ -o calcSqrt calcSqrt.cpp -l MathFunctions -L /home/aoyu/math_sqrt/

运行上述命令，成功生成目标程序calcSqrt，和前面一样。

动态库

使用静态库，生成的目标程序二进制文件包含静态库的代码，程序体积会比较大。如果有多个程序都使用某个静态库，那么在这些程序中就会存在多份该库的拷贝，有点浪费空间。如果库代码更新了，使用该静态库的程序也需要重新编译，有点麻烦。

如果使用动态库，就没有这样的烦恼了。如果一个程序使用了一个动态库，在该程序运行的时候才会链接到该库。

制作动态库

通用的“公式”为：g++ -fPIC -shared -o lib库名.so 代码文件列表

g++ -fPIC -shared -o libMathFunctions.so MathFunctions/MathFunctions.cpp

运行上述命令，得到动态库libMathFunctions.so。

各选项解释如下：

-fPIC: 告诉编译器生成位置无关代码（Position Independent Code）。 -shared: 告诉编译器生成一个共享库。

使用动态库

命令和使用静态库时一样。通用的“公式”为：g++ 选项代码文件列表 -l 库名 -L 库文件所在目录名。

g++ -o calcSqrt calcSqrt.cpp -l MathFunctions -L /home/aoyu/math_sqrt/

运行上述命令，成功生成目标程序calcSqrt，和前面一样。

运行生成的目标程序calcSqrt，有如下提示：

$ ./calcSqrt
./calcSqrt: error while loading shared libraries: libMathFunctions.so: cannot open shared object file: No such file or directory

意思是找不到动态库文件libMathFunctions.so在哪。设置环境变量LD_LIBRARY_PATH：

$ echo $LD_LIBRARY_PATH

$ LD_LIBRARY_PATH="/home/aoyu/math_sqrt:$LD_LIBRARY_PATH"
$ echo $LD_LIBRARY_PATH
/home/aoyu/math_sqrt:

然后再次运行程序，这次成功运行：

$ ./calcSqrt
Usage: ./calcSqrt number
$ ./calcSqrt 9
The square root of 9 is 3

疑问

既然使用动态库和使用静态库的命令一样，那么，如果同时存在动态库和静态库，程序是会使用动态库，还是会使用静态库呢？也就是，如果同时存在libMathFunctions.so和libMathFunctions.a，程序会链接哪个？

答案是，程序会优先使用动态库。

通过比较编译生成的程序文件大小来证明：

# 静态库
$ g++ -c -o libMathFunctions.a MathFunctions/MathFunctions.cpp
$ g++ -o calcSqrt calcSqrt.cpp -l MathFunctions -L /home/aoyu/math_sqrt/
$ ls -la calcSqrt
-rwxr-xr-x 1 aoyu aoyu 25296  4月10日 20:04 calcSqrt
$ rm calcSqrt libMathFunctions.a

# 动态库
$ g++ -fPIC -shared -o libMathFunctions.so MathFunctions/MathFunctions.cpp
$ g++ -o calcSqrt calcSqrt.cpp -l MathFunctions -L /home/aoyu/math_sqrt/
$ ls -la calcSqrt
-rwxr-xr-x 1 aoyu aoyu 25216  4月10日 20:06 calcSqrt
$ rm calcSqrt libMathFunctions.so

# 同时存在动态库和静态库
$ g++ -c -o libMathFunctions.a MathFunctions/MathFunctions.cpp
$ g++ -fPIC -shared -o libMathFunctions.so MathFunctions/MathFunctions.cpp
$ g++ -o calcSqrt calcSqrt.cpp -l MathFunctions -L /home/aoyu/math_sqrt/
$ ls -la calcSqrt
-rwxr-xr-x 1 aoyu aoyu 25216  4月10日 20:07 calcSqrt

观察到，当同时存在动态库和静态库时，生成的可执行程序calcSqrt的文件大小与使用动态库时生成的可执行程序文件大小相同。证明，当同时存在动态库和静态库时，编译器优先使用动态库。