动态链接 - Linux与Windows的区别

Question

在Windows中，当我在MSVC的DLL项目中编译C/C++代码时，会得到两个文件：

1. MyDll.dll 2. MyDll.lib

据我所知，MyDll.lib包含了一种指针表，指示dll中函数的位置。在使用这个dll（例如在exe文件中）时，MyDll.lib在链接期间嵌入到exe文件中，因此在运行时，程序“知道”函数在MyDll.dll中的位置并可以使用它们。

但是如果我在Linux下编译相同的代码，则只会得到一个文件MySo.so，没有MySo.a（类似于Linux中的lib文件），那么在链接期间不添加任何东西的情况下，可执行文件如何知道函数在MySo.so中的位置呢？

- Benny K

Answer 1

MSVC链接器可以将目标文件(.obj)和对象库(.lib)链接在一起，生成.EXE或.DLL文件。

要链接到DLL，MSVC的过程是使用所谓的导入库(.LIB)，它作为C函数名称和DLL导出表之间的粘合剂（在DLL中，函数可以按名称或序数导出 - 后者经常用于未记录的API）。

然而，在大多数情况下，DLL导出表具有所有函数名称，因此导入库(.LIB)包含大量冗余信息("导入函数ABC->导出函数ABC"等)。
甚至可以从现有的.DLL文件生成.LIB文件。

其他平台上的链接器没有这个“特性”，可以直接链接动态库。

- rustyx

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其他平台上的链接器没有这个功能，但很容易实现（例如Implib.so在Linux上实现了此功能），以实现延迟加载和其他好处。 - yugr

@yugr：这就是为什么“特性”要加引号的原因——这不是你通常想做的事情，而且在Windows上还需要额外的工作。 - Chris Dodd

为了完整起见，我想补充一下，在MSVC中动态链接可以 隐式 执行，即使用 .dll 文件和导入文件，也可以 显式 执行，即仅使用 .dll 而不需要任何 .lib，但这需要使用类似于 LoadLibrary 的东西。参考: 将可执行文件链接到 DLL - Breno

Answer 2

在Linux上，链接器（而不是动态链接器）会在链接时搜索指定的共享库，并在可执行文件中创建对它们的引用。当动态链接器加载这些可执行文件时，会将它们所需的共享库加载到内存中并解析符号，从而使二进制文件能够运行。

如果创建了MySo.a，它实际上会将要链接的符号直接包含在二进制文件中，而不是像Windows上使用的“符号查找表”。 rustyx的答案比我更详细地解释了Windows上的过程；我已经很久没有使用Windows了。

- S.S. Anne

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Windows采用了不同的方法...可以向操作系统指定DLL中符号的确切位置，这与维基百科上的内容相矛盾（https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic-link_library#Symbol_resolution_and_binding），维基百科上说即使使用序数，函数名称仍然会在启动时或首次调用库函数时解析（除非使用直接地址绑定，但没有人这样做，因为它会强制库用户在库更改时重新编译和部署他们的代码）。 - yugr

@yugr 已经删除了那部分，我当时只是在试探而已。 - S.S. Anne

Answer 3

你看到的区别更多是实现细节——在底层，Linux和Windows都工作得很相似——你的代码调用一个存储在可执行文件中的存根函数，这个存根函数会加载DLL/shlib（如果需要的话，在延迟加载的情况下，否则库在程序启动时加载），并且（在第一次调用时）通过GetProcAddress/dlsym解析符号。

唯一的区别是，在Linux上，这些存根函数（称为PLT存根）在将应用程序与动态库链接时动态生成（库包含足够的信息来生成它们），而在Windows上，它们是在创建DLL本身时生成的，保存在一个单独的.lib文件中。

这两种方法非常相似，以至于在Linux上可以模仿Windows导入库（参见Implib.so项目）。

- yugr

Answer 4

在Linux上，您将MySo.so传递给链接器，它能够仅提取链接阶段所需的内容，并放置一个引用，指出需要在运行时使用MySo.so。

- AProgrammer

Answer 5

.dll或.so是共享库（在运行时链接），而.a和.lib是静态库（在编译时链接）。这在Windows和Linux之间没有区别。

区别在于它们的处理方式。注意：区别仅在于使用习惯上的不同。要按照Windows的方式在Linux上进行构建，或者反过来，这并不太难，只是实际上几乎没有人这样做。

如果我们使用一个dll，或者甚至从我们自己的二进制文件中调用一个函数，有一种简单明了的方法。例如，在C语言中，我们可以看到：

int example(int x) {
  ...do_something...
}

int ret = example(42);

然而，在汇编级别上，可能会有许多差异。例如，在x86上，执行call操作码，并在堆栈上给出42。或者在某些寄存器中。或者任何地方。在编写dll之前，没有人知道它将如何使用。或者项目将如何使用它，可能是用现在甚至不存在的编译器（或语言！）编写的（或者对于dll的开发人员来说是未知的）。

例如，默认情况下，C和Pascal都从堆栈中放置参数（并获取返回值）-但它们按不同的顺序执行。您还可以通过一些-依赖于编译器的-优化，在寄存器之间交换函数中的参数。

正如您正确看到的那样，Windows的习惯是构建一个dll时，我们还会创建一个最小的.a/.lib。这个最小的静态库只是一个包装器，该dll的符号（函数）通过它被访问。这使得所需的汇编级别调用转换成为可能。

它的优点是兼容性。它的缺点是如果你只有一个.dll文件，你可能很难弄清楚它的函数应该如何调用。这使得使用dll成为一项麻烦的任务，如果dll的开发者没有给你提供 .a。因此，它主要用于封闭性的目的，例如更容易获取SDK的额外现金。

另一个缺点是即使你使用动态库，你也需要静态编译这个小包装器。

在Linux中，dll的二进制接口是标准的，并遵循C约定。因此，不需要 .a，并且共享库之间存在二进制兼容性，但我们没有Microsoft定制的优势。

- peterh

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请提供一个证明链接，证明存根函数可以更改参数顺序。我以前从未听说过这个，很难相信，因为性能开销会非常大。 - yugr

@yugr 简单的寄存器/堆栈重排并不会影响性能。如果您使用从msvc编译的二进制文件编译的msvc编译的dll，则显然不会发生太多事情，但也可能会发生一些变化。 - peterh

我们可以对此进行争论，但如果您是正确的，那么提供证明存根函数能够处理复杂参数（而不仅仅是虚拟跳板）应该很容易。 - yugr

@yugr，存根可以访问dll的函数签名，这使得非平凡的处理变得平凡。 - peterh

我只建议你在回答中附上一些关于导入库的证明链接（因为有些说法是有问题的）。 - yugr