链接库是什么

所谓链接库，从字面上理解，指的是程序在“链接”阶段使用的代码库。

“链接”是源程序转换成可执行程序必须经历的步骤之一，考虑到一些初学者对程序的运行过程还不了解，接下来先解释一下“链接”的含义，再系统地讲解链接库。

链接

很多编程语言写出的源代码，必须经过「编译」和「链接」这两个步骤，才能转换成可执行的程序，比如 C语言、C++、C# 等。

将源代码转换成计算机能够识别的二进制程序，这个过程叫做编译。

读者可以把编译理解成“翻译”，类似将中文翻译成英文、将英文翻译成象形文字。 编译是一个复杂的过程，大致包括词法分析、语法分析、语义分析、性能优化、生成二进制代码五个步骤，期间涉及到复杂的算法和硬件架构，感兴趣的读者请自行阅读《编译原理》一书，这里我们不再展开讲解。

编译源代码后生成的文件叫做目标文件（Object File），例如 Visual Studio 下的.obj，或者 GCC 下的.o，它们都是目标文件。注意，目标文件里存储的二进制代码还不完整，不能直接运行。

实际开发中软件的规模往往都很大，动辄数百万行代码，为了方便阅读和维护，程序员会把它们分散到多个文件里。每个文件存储的都是源代码片段，编译它们会生成多个目标文件，这些文件中存储的都是二进制代码片段，每个都不完整，所以不能直接运行。

即便将所有的源代码写在一个源文件里，编译生成一个目标文件，文件中的二进制代码还是不能运行，因为缺少运行所需要的系统组件（比如标准库、链接库等）。

所有目标文件里的二进制代码，以及运行所需要的系统组件（比如标准库、链接库等），把它们组合到一起的过程就叫做链接。链接完成后会生成一个可执行文件，里边存储的就是可执行程序。

你看，程序的链接阶段确实会用到链接库。

关于编译和链接的具体细节，不再深入讲解，感兴趣的读者可以阅读《编译和链接》模块。

链接库

链接库是库的一种，它存放的不是源代码，而是编译后生成的二进制代码。

链接库自己是没法运行的，必须等待别的程序在链接阶段调用它，然后它们一起组合成可执行程序。这样当可执行程序运行时，链接库的程序就能运行了。

链接库的组合方式有两种，分别是：

1. 直接把链接库中的代码和数据拷贝一份，添加到可执行文件中。最终生成的可执行程序，包含要运行的所有代码，能够脱离链接库独自运行，这样的组合方法叫做静态链接；
2. 先把所有目标文件组合成一个可执行文件，文件中缺少链接库的代码和数据，不能脱离链接库独立运行。换句话说，程序运行时必须和链接库一起载入到内存中，然后它们在内存中组合成完整的代码，才能正常运行，这样的组合方法叫做动态链接。

也就是说，静态链接是程序载入内存之前完成的，而动态链接是将链接的时机推迟到程序载入内存之后完成。采用静态链接方式的库叫做静态链接库，采用动态链接方式的库叫做动态链接库。

动态链接库是 Windows 平台的叫法，Linux 平台上习惯叫做共享库或者共享对象文件，它们表达的是一个意思。

静态链接库

调用静态链接库生成的可执行程序，程序中包含链接库所有的代码和数据，所以它可以脱离链接库独自运行。

在 Windows 环境中，静态链接库的后缀名通常是.lib；在 Linux 环境中，静态链接库的后缀名通常是.a。

调用静态链接库有很多好处，比如可执行程序能够在没有链接库的环境中运行，程序移植到其它的系统环境时不需要额外安装和配置链接库，链接库版本发生变化也不会对程序造成影响等。

静态链接库也存在一些弊端，比如：

• 由于链接库的代码和数据复制到了可执行文件中，当程序功能较为复杂的时候，整个文件的体积会非常大，加载到内存中的时间就会比较长，最直接的一个例子就是双击打开一个软件，要很久才能看到界面，非常影响用户体验；
• 当静态链接库需要更新时，所有调用此链接库的可执行程序都需要重新编译和链接，大大增加了维护的工作量；
• 对于运行着的多个程序，如果它们调用的是同一个静态链接库，那么链接库的代码和数据在内存中就会出现很多份，造成了内存资源的浪费。

实际场景中，如果强调程序能够脱离链接库独自运行，避免不同的系统环境影响程序的正常运行，那么静态链接库是不错的选择；反之，如果链接库需要频繁更新、或者强调对内存资源的高效利用，静态链接库就不适合了。

动态链接库

调用动态链接库生成的可执行程序，程序中不包含链接库的代码和数据，所以程序无法脱离链接库独自运行。换句话说，程序要想执行，必须连同动态链接库一起载入到内存中。

在 Windows 环境下，动态链接库的后缀名通常是.dll；在 Linux 环境下，动态链接库的后缀名通常是.so。

动态链接库载入内存的方式有两种，分别是：

• 隐式加载：又叫载入时加载，指的是可执行程序载入内存时搜索动态链接库，并将链接库的代码和数据载入内存；
• 显式加载：又叫运行时加载，指的是可执行程序在运行过程中，需要动态链接库里的代码和数据时再加载。

隐式加载也会有静态链接库的问题，如果程序稍大，加载时间就会过长，用户不能接受。显式加载则不存在这个问题，它是将较大的程序分开加载的，程序运行时只需要将可执行程序载入内存，后续需要再载入动态链接库，软件打开速度快，用户体验好。

关于隐式加载和显式加载动态链接库的具体实现，后续章节会做详细地讲解。

和静态链接库相比，动态链接库可以很好地解决空间浪费和更新困难的问题。

动态链接库和可执行文件是分开载入内存的，当有多个程序调用同一个动态链接库时，所有程序共享一份动态链接库的代码和数据，有效避免了内存资源的浪费。

当可执行程序调用的动态链接库需要更新或者升级时，直接用新的库文件把旧的替换掉，程序运行时会自动载入新的动态链接库。

有读者可能会问，采用动态链接的方式，程序每次运行都需要重新链接，会不会很慢？的确，动态链接确实会损失一部分程序性能，但实践证明，动态链接库和静态链接相比，性能损失大约在 5% 以下，由此换取程序在空间上的节省以及更新时的便利，是相当值得的。

总结

链接库指的就是程序在链接阶段使用的代码库。

程序载入内存之前完成链接工作的，称为静态链接库；程序载入内存以后完成链接工作的，称为动态链接库。

静态链接库和动态链接库各有优缺点，要根据实际的项目需求和约束条件选择合适的链接方式。

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