静态链接库和动态链接库有何不同？

Question

静态链接库和动态链接库有何不同？

language-agnosticlinkerloader

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如果两者都包含编译代码，为什么我们不能在运行时加载“静态”文件，或者在编译时与动态库链接呢？为什么需要不同的格式来存储“独立”代码？两者之间需要存储什么内容才需要这样的差异呢？

- Tamás Szelei

-fPIC 这里是一个小提示 - alternative

6个回答

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对象文件中的代码没有被链接，其中包含对尚未解决的外部函数的隐式引用。

当对象文件链接以创建动态链接库(DLL)时，链接器会查找所有这些外部引用，并找到可以满足它们的其他库(静态或动态)。对静态库中名称的引用通过将该函数的实现体(或其他内容)包含到DLL中来解决。如果它引用了一个动态库，则该DLL和所引用的函数的名称都包含在DLL中。

理论上讲，这不一定是必须的。你可以编写加载器，在每次加载文件时完成所有这些操作。这基本上只是一种优化：链接器执行相对较慢的工作。 DLL的引用保留了下来，但它们已经被解决到足以让加载器快速找到和加载目标文件（如果需要），并解决所引用的函数。当链接器在执行其工作时，它通过扫描长列表来查找你关心的定义，这要慢得多。

- Jerry Coffin

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注意：以下答案不是平台无关的，而是针对基于ELF的系统和一些类似系统。其他系统的细节由其他人填写。

什么是静态库？

静态库是一个归档文件中的*.o文件集合。每个文件可以包含对未定义符号的引用，这些符号必须由链接器解决，例如，您的库可能会引用printf。库没有提供任何关于printf在哪里找到的指示，期望链接器将在其要求链接的其他库中找到它。

假设您的库包含以下代码：

read_png.o
write_png.o
read_jpg.o
write_jpg.o
resize_image.o
handle_error.o

如果一个应用程序只使用read_png和write_png，那么其他代码片段不会被加载到可执行文件中（除了read_png和write_png调用的handle_error）。

我们不能在运行时加载静态库，因为：

链接器不知道如何找到外部对象，例如printf。
这样会很慢。动态库优化了快速加载。
静态库没有命名空间的概念。我无法定义自己的handle_error，因为它会与库的定义冲突。

什么是动态库？ 在ELF系统上，动态库与可执行文件是相同类型的对象。它还导出更多符号，而可执行文件只需要导出_start。动态库被优化，使整个库可以直接映射到内存中。

如果你在动态库中调用printf，除了静态库的要求之外，还有一些额外的要求：

你必须指定哪个库有printf。
你必须以特殊的方式调用函数，让链接器插入printf的地址。在静态库中，链接器可以修改你的代码并直接插入地址，但这在共享库中不可能。

我们不想使用动态库来静态链接，因为：

我们不能链接动态库的一部分。即使我们的可执行文件从未调用read_jpg，它也会被包含，因为动态库是全有或全无的。
即使它很小，函数调用的额外开销是浪费的。

总结编译过程大致如下：

Source  ==compile==>  Object  ==link==>  Executable / Shared Library

静态库是一个未进行链接的对象集合，它们被存档在一起。还有很多工作要做。

共享库则是已经链接完成并可直接加载到内存中的最终产品。

静态库先于共享库被发明出来。如果两者同时被发明，它们可能会更加相似。

- Dietrich Epp

你是不是真的想说：“我们无法在运行时加载静态库，因为链接器不知道如何找到外部对象，例如printf。”？还是有打字错误？你实际上想说的是“加载器”而不是“链接器”？ - Nawaz

@Nawaz：不，链接器是正确的。在Linux上是动态链接器ld.so，在OS X上是dyld，它负责在运行时解析符号。(不，我并不是想说“加载时间”。) - Dietrich Epp

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理论上，您可以将静态库（.a文件）用作动态库，在程序启动时或甚至在运行时动态加载和链接它们。但是，它们并没有经过特殊编译和准备以在任意地址上运行（甚至对齐也不一定正确！），因此加载器代码必须分配内存，从.a文件中读取必要的对象到这个内存中，并进行重大修改。当然，所有这些内存都无法共享。因此，这可能是一个非常糟糕的想法...

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

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静态库 == tarball 而动态库 == 连续图像部分链接

静态库只是一个¹包含`.o或.obj`文件的tarball。当可执行文件被链接时，引用的模块（以及它们引用的模块，然后是它们引用的模块，等等）从静态库中复制出来，并附加到主程序的末尾。整个过程作为单个OS“对象”分页加载到内存中。

动态库只是将静态库的所有元素链接在一起（解决内部关系），然后将整个内容映射到内存中。（按需分页可能会使部分内存存在。）在启动动态程序时，需要进行一定程度的调整，以将主程序（其将在自己的模块中“静态”链接）与共享系统范围内的库连接起来。有时，这种调整会被推迟到每个链接元素直到进行给定的调用。在非常广泛、过于概念化的概述中，可以将静态链接归类为急切加载，而将动态链接归类为惰性加载。

静态库有优点和缺点。

✚ 没有DLL地狱（也称为依赖地狱）
✚ 对于小型运行时进程混合，内存占用更小
− 对于大型运行时进程混合的不同程序，内存占用更大
− 除非它们正在运行相同的程序，否则无法在进程之间共享任何库代码内存
− 大量程序集（如Linux / Windows / Mac足迹）占用大量空间，因为printf等在每个映像中重复出现
− 很难甚至不可能修复源自库的安全漏洞
− 单独更新库很困难，甚至不可能
✚ 单独更新库并且不破坏程序很困难，甚至不可能

^{1. 实际上，它们不是tar（1）格式，但与之相关。}

- DigitalRoss

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区别在于：

静态库是编译和链接的
动态库是链接的

参考资料

- Paul Sweatte

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Martin Liversage · Accepted Answer

静态库是真正意义上的库，因为它们包含了一系列目标文件。每个目标文件通常都是从单个源文件创建而来，它包含了机器代码以及有关代码所需数据的信息。在链接步骤中，链接器会选择必要的目标文件并将它们组合成一个可执行文件。

机器代码的一个重要部分是跳转、调用和数据指针必须包含实际的内存地址。然而，如果一个目标文件需要调用另一个目标文件中的函数，则只能使用符号来引用该函数。当链接器将目标文件组合成可执行代码时，符号引用将被解析并转换为实际的内存地址。

动态库是可执行代码，可以加载到内存中并立即执行。在某些操作系统上，可能需要进行额外的步骤，通过将可执行代码移动到另一个位置来重新定位代码，这需要将代码中的所有绝对地址向左或右移动一定数量的字节。这个操作仍然比链接器组合目标文件和解析符号要快得多。

总之：

静态库包含使用符号引用其他可执行代码的代码片段
动态库（和可执行文件）包含现在位于固定位置的可执行代码，使得符号可以被替换为实际的内存地址

如果你曾经尝试链接一个相当大的项目，你会注意到这需要相当长的时间，可能比你愿意等待启动应用程序的时间更长。这就解释了为什么不能执行静态库。而动态库已经被优化和削减，不包含除了可执行代码之外的任何内容，因此它们不适合用作静态库。