十二、C++速通秘籍—静态库,动态库

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本章节代码：

一、编程后为什么会引入“库”，什么是库？

二、库分为哪几类？ - 静态库，动态库

1、静态库（.a 或.lib）

2、动态库（.so 或.dll）

三、Linux/windows系统下的库

1、Linux 下表现形式

2、Windows 下表现形式

四、Linux/Windows下使用静态库，什么场景下使用静态库？

1、适用场景

2、Linux 下创建和使用静态库

2.1、创建静态库

2.2、使用静态库

3、Windows 下创建和使用静态库

3.1、创建静态库

3.2、使用静态库

五、Linux/Windows下使用动态库，什么场景下使用动态库？

1、适用场景

2、Linux 下创建和使用动态库

2.1、创建动态库

2.1、使用动态库

3、Windows 下创建和使用动态库

3.1、创建动态库

六、静态库，与动态库二者的区别

内存占用

部署难度

运行效率

可维护性

七、总结

---

一、编程后为什么会引入“库”，什么是库？

        想象一下你是一位超级大厨，每次做饭都要从头开始种粮食、养牲畜、采摘蔬菜，那得花费多少时间和精力呀！在编程的世界里也是如此，如果每次编写程序都要从头开始实现一些常用的功能，比如文件读写、数学计算等，那程序员可就太累啦。于是，“库”就应运而生了。

        库就像是一个装满各种工具的百宝箱，里面存放着已经编写好的代码，这些代码实现了各种各样的功能。当程序员需要使用某个功能时，不需要自己重新编写代码，只需要从这个百宝箱里拿出对应的工具（也就是调用库中的代码）就可以了。比如说，在 C++ 中，我们之前已经接触过std标准库，就提供了很多常用的功能，像字符串处理、容器管理等。你只需要包含相应的头文件，就可以使用这些功能，就像大厨从厨房里拿出现成的调料一样方便。

二、库分为哪几类？ - 静态库，动态库

库主要分为两类：静态库和动态库，它们就像是两种不同类型的百宝箱。

1、静态库（.a 或.lib）

        静态库就像是一个可以被复制的百宝箱。当你使用静态库时，编译器会把静态库中的代码完整地复制到你的可执行文件中。这就好比你把百宝箱里的工具都拿出来，放进自己的口袋里，以后无论走到哪里，都可以随时使用这些工具，不需要再依赖原来的百宝箱。

2、动态库（.so 或.dll）

        动态库则像是一个共享的百宝箱，存放在一个公共的地方。当你的程序需要使用动态库中的代码时，程序会在运行时去这个公共的地方查找并加载所需的代码。这就好比你需要某个工具时，不需要把整个百宝箱都拿走，只需要去公共的地方借用一下工具，用完后再还回去。

三、Linux/windows系统下的库

1、Linux 下表现形式

在 Linux 系统中，静态库的文件扩展名通常是 `.a`，例如 `libexample.a`；动态库的文件扩展名通常是 `.so`，例如 `libexample.so`。这些库文件一般存放在 `/usr/lib` 或 `/usr/local/lib` 等目录下。

2、Windows 下表现形式

在 Windows 系统中，静态库的文件扩展名是 `.lib`，例如 `example.lib`；动态库的文件扩展名是 `.dll`，例如 `example.dll`。这些库文件通常存放在系统目录（如 `C:\Windows\System32`）或程序的安装目录下。

下面是一个简单的对比图：

系统	静态库扩展名	动态库扩展名
Linux	.a	.so
Windows	.lib	.dll

四、Linux/Windows下使用静态库，什么场景下使用静态库？

1、适用场景

当你需要将程序打包成一个独立的可执行文件，并且不希望依赖外部的库文件时，就可以使用静态库。比如你开发了一个小型的游戏，希望用户下载后可以直接运行，不需要额外安装其他库，这时就可以使用静态库。

2、Linux 下创建和使用静态库

2.1、创建静态库

假设我们有一个简单的 C++ 函数 `add`，用于计算两个整数的和，代码如下：

add.cpp

int add(int a, int b)
{return a + b; 
}

首先，将 `add.cpp` 编译成目标文件：（add.o）

g++ -c add.cpp -o add.o

然后，使用 `ar` 工具将目标文件打包成静态库：

ar rcs libadd.a add.o

这样，我们就创建了一个名为 `libadd.a` 的静态库。

2.2、使用静态库

现在，我们来编写一个主程序 `main.cpp` 来使用这个静态库：

main.cpp

#include <iostream>// 声明 add 函数
extern int add(int a, int b);int main() {int result = add(3, 5);std::cout << "3 + 5 = " << result << std::endl;return 0;
}

编译并链接静态库：

g++ main.cpp -L. -ladd -o main

其中，`-L.` 表示在当前目录下查找库文件，`-ladd` 表示链接名为 `libadd.a` 的静态库。最后，运行可执行文件：

./main

3、Windows 下创建和使用静态库

3.1、创建静态库

同样使用上面的 `add.cpp` 代码，打开 VisualCode，创建一个 `add.cpp`文件。

代码：

int addWin(int a, int b)
{return a + b;
}

这里编译生成.lib，这里需要修改VsCode,中的tasks.json；

通过这个文件创建了两个编译任务：create_targe_file/create_static_lib

{"tasks": [{ // 生成目标文件"type": "shell","label": "create_target_file","command": "C:\\Qt\\Qt5.12.8\\Tools\\mingw730_64\\bin\\g++.exe","args": ["-fdiagnostics-color=always","-c","${file}","-o","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.o"],"options": {"cwd": "${fileDirname}"},"problemMatcher": ["$gcc"],"group": {"kind": "build","isDefault": true}},{ // 生成静态库"label": "create_static_lib","type": "shell","command": "C:\\Qt\\Qt5.12.8\\Tools\\mingw730_64\\bin\\ar.exe","args": ["rcs","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.lib","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.o"],"group": {"kind": "build","isDefault": true},"presentation": {"reveal": "always"},"problemMatcher": "$gcc"}],"version": "2.0.0"
}

（1）、打开命令面板（Ctrl+Shift+P）

（2）、输入 Tasks: Run Task 并选择 create_target_file

（3）、创建静态库，跟步骤2相同选择create_static_lib

3.2、使用静态库

创建一个staticEx.cpp

// 链接静态库
#include <iostream>// 声明 addWin 函数
extern "C" int addWin(int a, int b);int main() {int result = addWin(5, 5);std::cout << "5 + 5 = " << result << std::endl;return 0;
}

配置tasks.json:

{"tasks": [{ // 生成目标文件"type": "shell","label": "create_target_file","command": "C:\\Qt\\Qt5.12.8\\Tools\\mingw730_64\\bin\\g++.exe","args": ["-fdiagnostics-color=always","-c","${file}","-o","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.o"],"options": {"cwd": "${fileDirname}"},"problemMatcher": ["$gcc"],"group": {"kind": "build","isDefault": true}},{ // 生成静态库"label": "create_static_lib","type": "shell","command": "C:\\Qt\\Qt5.12.8\\Tools\\mingw730_64\\bin\\ar.exe","args": ["rcs","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.lib","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.o"],"group": {"kind": "build","isDefault": true},"presentation": {"reveal": "always"},"problemMatcher": "$gcc"},{ // 生成可执行文件"label": "create_exe_file","type": "shell","command": "C:\\Qt\\Qt5.12.8\\Tools\\mingw730_64\\bin\\g++.exe","args": ["-fdiagnostics-color=always","-c",   // 编译参数"${file}","-L${fileDirname}\\..\\..\\build","-o","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.exe","-static"],"group": {"kind": "build","isDefault": true},"presentation": {"reveal": "always"},"problemMatcher": "$gcc"}],"version": "2.0.0"
}

五、Linux/Windows下使用动态库，什么场景下使用动态库？

1、适用场景

当多个程序需要共享相同的代码，或者库文件需要经常更新时，使用动态库就非常合适。比如操作系统中的一些公共库，多个程序都可以使用这些库中的功能，这样可以节省系统资源。

2、Linux 下创建和使用动态库

2.1、创建动态库

还是使用上面的 `add.cpp` 代码，将其编译成动态库：

g++ -fPIC -c add.cpp -o add.o
g++ -shared -o libadd.so add.o

其中，`-fPIC` 选项用于生成位置无关代码，`-shared` 选项用于创建动态库。

2.1、使用动态库

编写主程序 `main.cpp`：

// main.cpp
#include <iostream>// 声明 add 函数
extern int add(int a, int b);int main() {int result = add(9, 8);std::cout << "9 + 8 = " << result << std::endl;return 0;
}

编译并链接动态库：

g++ main.cpp -L. -ladd -o mainso

运行程序前，需要设置动态库的搜索路径：

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
./main

3、Windows 下创建和使用动态库

3.1、创建动态库

在 VsCode 中创建两个文件`dyAdd.h/dyAdd.cpp`， 在dyAdd.h中添加一个导出函数的声明，dyAdd.cpp中实现函数功能：

dyAdd.h

// 动态库
#ifndef _DYADD_H_
#define _DYADD_H_#ifdef DYADD_DLL_EXPORTS
#define DYADD_API __declspec(dllimport)
#else
#define DYADD_API __declspec(dllexport) // 导出
#endifextern "C" DYADD_API int add(int a, int b);#endif

dyAdd.cpp

#include "dyAdd.h"extern "C" DYADD_API int add(int a, int b)
{return a + b;
}

tasks.json

{"tasks": [{ // 生成目标文件"type": "shell","label": "create_target_file","command": "C:\\Qt\\Qt5.12.8\\Tools\\mingw730_64\\bin\\g++.exe","args": ["-fdiagnostics-color=always","-c","${file}","-o","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.o","-DDYADD_EXPORTS" // 添加此行以定义 DYADD_EXPORTS 宏],"options": {"cwd": "${fileDirname}"},"problemMatcher": ["$gcc"],"group": {"kind": "build","isDefault": true}},{ // 生成动态库"label": "create_dynamic_lib","type": "shell","command": "C:\\Qt\\Qt5.12.8\\Tools\\mingw730_64\\bin\\g++.exe","args": ["-fdiagnostics-color=always","-g","-shared","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.o","-o","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.dll"],"group": {"kind": "build","isDefault": true},"presentation": {"reveal": "always"},"problemMatcher": "$gcc"},{ // 通过动态库生成可执行文件"label": "create_exe_dyfile","type": "shell","command": "C:\\Qt\\Qt5.12.8\\Tools\\mingw730_64\\bin\\g++.exe","args": ["-fdiagnostics-color=always","-g","${file}","-I${fileDirname}","-L${fileDirname}\\..\\..\\build","-o","${fileDirname}\\..\\..\\build\\${fileBasenameNoExtension}.exe","-ladd"],"group": {"kind": "build","isDefault": true},"presentation": {"reveal": "always"},"problemMatcher": "$gcc"}],"version": "2.0.0"
}

这里第一步，第二步，执行后生成了dyAdd.dll，以及编译的中间文件dyAll.o，编译方法都是通过控制面板按步骤生成：

使用动态库

dynamicEx.cpp

#include <iostream>
#include <windows.h>// 动态加载
typedef int (*AddFunction)(int, int);int main() {HINSTANCE hDLL = LoadLibrary("dyAdd.dll");if (hDLL != NULL) {AddFunction add = (AddFunction)GetProcAddress(hDLL, "add");if (add != NULL) {int result = add(3, 5);std::cout << "3 + 5 = " << result << std::endl;}else {std::cout << "Failed to get add function address." << std::endl;}FreeLibrary(hDLL);}return 0;
}

编译并运行程序

六、静态库，与动态库二者的区别

内存占用

静态库会将代码复制到可执行文件中，导致可执行文件体积较大，占用更多的磁盘空间；而动态库在多个程序间共享，只需要在内存中加载一份，节省了磁盘空间和内存资源。

部署难度

静态库部署简单，可执行文件不依赖外部库文件，用户只需要运行可执行文件即可；动态库部署时需要确保库文件存在于系统的指定路径中，否则程序可能无法正常运行。

运行效率

静态库的代码在编译时就已经链接到可执行文件中，运行时无需额外加载，效率相对较高；动态库在运行时需要加载，会有一定的性能开销。

可维护性

如果库文件需要更新，使用静态库的程序需要重新编译；而使用动态库的程序只需要替换库文件即可，不需要重新编译。

下面是一个对比表格：

比较项	静态库	动态库
内存占用	大	小
部署难度	简单	复杂
运行效率	高	低
可维护性	低	高

七、总结

        掌握静态库和动态库的使用，能让你的 C++ 编程之路更加顺畅，就像大厨拥有了得心应手的工具，做出更加美味的菜肴一样！希望通过这篇博客，你能对静态库和动态库有更深入的理解。