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库是写好的现有的,成熟的,可以复用的代码。现实中每个程序都要依赖很多基础的底层库,不可能每个人的代码都从零开始,因此库的存在意义非同寻常。
本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式,可以被操作系统载入内存执行。库有两种:静态库(.a 或 .lib)和动态库(.so 或 .dll)。
所谓静态、动态是指链接。回顾一下,将一个程序编译成可执行程序的步骤:
之所以成为【静态库】,是因为在链接阶段,会将汇编生成的目标文件 .o 与引用到的库一起链接打包到可执行文件中。因此对应的链接方式称为静态链接。
试想一下,静态库与汇编生成的目标文件一起链接为可执行文件,那么静态库必定跟 .o 文件格式相似。其实一个静态库可以简单看成是一组目标文件(.o/.obj 文件)的集合,即很多目标文件经过压缩打包后形成的一个文件。静态库特点总结:
下面编写一些简单的四则运算 C++ 类,将其编译成静态库给他人用,头文件如下所示:
#pragma onceclass StaticMath{public: StaticMath(void); ~StaticMath(void); static double add(double a, double b);//加法 static double sub(double a, double b);//减法 static double mul(double a, double b);//乘法 static double div(double a, double b);//除法 void print();};
包含pragma once
语句的文件只会被编译一次,和头文件中用#ifndef... #define... #endif
的效果类似。
如果是使用 VS 命令行生成静态库,也是分两个步骤来生成程序:
当然,我们一般不这么用,使用 VS 工程设置更方便。创建 Win32 控制台程序时,勾选静态库类型;打开工程 “属性面板” → ”配置属性” → ”常规”,配置类型选择静态库。
编译项目即可生成静态库。
创建 Win32 控制台测试程序:
#include "StaticMath.h"#includeusing namespace std;int main(int argc, char* argv[]){ double a = 10; double b = 2; cout << "a + b = " << StaticMath::add(a, b) << endl; cout << "a - b = " << StaticMath::sub(a, b) << endl; cout << "a * b = " << StaticMath::mul(a, b) << endl; cout << "a / b = " << StaticMath::div(a, b) << endl; StaticMath sm; sm.print(); system("pause"); return 0;}
有 3 种使用方法:
方法一:
这也是最常用的方法:
编译运行 OK。
方法二:
打开工程 “属性面板” → ”配置属性” → “链接器” → ”命令行”,输入静态库的完整路径即可。
方法三:
工程 “属性面板” → “通用属性 ”→ “框架和引用” → ”添加引用”,将显示 “添加引用” 对话框。 “项目” 选项卡列出了当前解决方案中的各个项目以及可以引用的所有库。 在 “项目” 选项卡中,选择 StaticLibrary,单击 “确定”。
添加 StaticMath.h 头文件目录,必须修改包含目录路径。打开工程 “属性面板” → ”配置属性” → “C/C++” → ” 常规”,在 “附加包含目录” 属性值中,键入 StaticMath.h 头文件所在目录的路径或浏览至该目录。
通过上面的介绍发现静态库,容易使用和理解,也达到了代码复用的目的,那为什么还需要动态库呢?
为什么需要动态库,其实也是静态库的特点导致。
空间浪费是静态库的一个问题。
另一个问题是静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。如果静态库 liba.lib 更新了,所以使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户(对于玩家来说,可能是一个很小的改动,却导致整个程序重新下载,全量更新)。
动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中,而是在程序运行是才被载入。不同的应用程序如果调用相同的库,那么在内存里只需要有一份该共享库的实例,规避了空间浪费问题。动态库在程序运行是才被载入,也解决了静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。用户只需要更新动态库即可,增量更新。
动态库特点总结:
Window 与 Linux 执行文件格式不同,在创建动态库的时候有一些差异。
与 Linux 相比,在 Windows 系统下创建动态库要稍微麻烦一些。首先,需要一个 DllMain 函数做出初始化的入口(创建 win32 控制台程序时,勾选 DLL 类型会自动生成这个文件):
// dllmain.cpp : Defines the entry point for the DLL application.#include "stdafx.h" BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ){ switch (ul_reason_for_call) { case DLL_PROCESS_ATTACH: case DLL_THREAD_ATTACH: case DLL_THREAD_DETACH: case DLL_PROCESS_DETACH: break; } return TRUE;}
通常在导出函数的声明时需要有 _declspec(dllexport) 关键字:
#pragma onceclass DynamicMath{public: __declspec(dllexport) DynamicMath(void); __declspec(dllexport) ~DynamicMath(void); static __declspec(dllexport) double add(double a, double b);//加法 static __declspec(dllexport) double sub(double a, double b);//减法 static __declspec(dllexport) double mul(double a, double b);//乘法 static __declspec(dllexport) double div(double a, double b);//除法 __declspec(dllexport) void print();};
生成动态库需要设置工程属性,打开工程 “属性面板” → ”配置属性” → ”常规”,配置类型选择动态库。
编译项目即可生成动态库。
创建 Win32 控制台测试程序:
#include "stdafx.h"#include "DynamicMath.h"#includeusing namespace std;int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){ double a = 10; double b = 2; cout << "a + b = " << DynamicMath::add(a, b) << endl; cout << "a - b = " << DynamicMath::sub(a, b) << endl; cout << "a * b = " << DynamicMath::mul(a, b) << endl; cout << "a / b = " << DynamicMath::div(a, b) << endl; DynamicMath dyn; dyn.print(); system("pause"); return 0;}
有 2 种使用方法:
方法一:
“属性面板” → ”配置属性” → “链接器” → ”常规”,附加依赖库目录中输入,动态库所在目录;
“属性面板” → ”配置属性” → “链接器” → ”输入”,附加依赖库中输入动态库编译出来的 DynamicLibrary.lib。
编译运行 OK。
这里可能大家有个疑问,动态库怎么还有一个 DynamicLibrary.lib 文件?即无论是静态链接库还是动态链接库,最后都有 lib 文件,那么两者区别是什么呢?其实,两个是完全不一样的东西。
StaticLibrary.lib 的大小为 190KB,DynamicLibrary.lib 的大小为 3KB,静态库对应的 lib 文件叫静态库,动态库对应的lib文件叫【导入库】。实际上静态库本身就包含了实际执行代码、符号表等等,而对于导入库而言,其实际的执行代码位于动态库中,导入库只包含了地址符号表等,确保程序找到对应函数的一些基本地址信息。
方法二:
工程 “属性面板” → “通用属性” → “框架和引用” → ”添加引用”,将显示 “添加引用” 对话框。“项目” 选项卡列出了当前解决方案中的各个项目以及可以引用的所有库。 在 “项目” 选项卡中,选择 DynamicLibrary,单击 “确定”。
添加 DynamicMath.h 头文件目录,必须修改包含目录路径。打开工程 “属性面板” → ”配置属性” → “C/C++” → ” 常规”,在 “附加包含目录” 属性值中,键入 DynamicMath.h 头文件所在目录的路径或浏览至该目录。
应用程序必须进行函数调用以在运行时显式加载 DLL。为显式链接到 DLL,应用程序必须:
对 C++ 来说,情况稍微复杂。显式加载一个 C++ 动态库的困难一部分是因为 C++ 的 name mangling;另一部分是因为没有提供一个合适的 API 来装载类,在 C++ 中,您可能要用到库中的一个类,而这需要创建该类的一个实例,这不容易做到。
name mangling 可以通过 extern “C” 解决。C++ 有个特定的关键字用来声明采用 C binding 的函数:extern “C” 。用 extern “C” 声明的函数将使用函数名作符号名,就像 C 函数一样。因此,只有非成员函数才能被声明为 extern “C”,并且不能被重载。尽管限制多多,extern “C” 函数还是非常有用,因为它们可以象 C 函数一样被 dlopen 动态加载。冠以 extern “C” 限定符后,并不意味着函数中无法使用 C++ 代码了,相反,它仍然是一个完全的 C++ 函数,可以使用任何 C++ 特性和各种类型的参数。
另外如何从 C++ 动态库中获取类,附上几篇相关文章,但我并不建议这么做:
“显式” 使用 C++ 动态库中的 Class 是非常繁琐和危险的事情,因此能用 “隐式” 就不要用 “显式”,能静态就不要用动态。
二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。
静态编译:编译器在编译可执行文件的时候,将可执行文件需要调用的对应静态库(.a 或 .lib)中的部分提取出来,链接到可执行文件中去,使可执行文件在运行的时候不依赖于动态链接库。
动态编译:可执行文件需要附带一个的动态链接库(.so 或 .dll),在执行时,需要调用其对应动态链接库中的命令。
这里暂时只介绍 Windows 下库的创建和使用,Linux 暂不涉及,以后有空再总结。
参考:
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