【深入理解】动静态库的制作、使用与加载原理（附详细操作指南）

一、什么是库？

库是可复用代码的二进制形式，可以被操作系统载入内存执行。库分为两种：

• 静态库：.a（Linux）、.lib（Windows）

• 动态库：.so（Linux）、.dll（Windows）

库的存在避免了“从零开始”，提升了开发效率。

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二、静态库

2.1 静态库的特点

• 编译链接时，库代码被直接嵌入到可执行文件中。

• 运行时不再依赖外部库。

• 生成的文件较大，但部署简单。

2.2 静态库的制作

使用 ar 工具将多个 .o 目标文件打包：

makefilelibmystdio.a: my_stdio.o my_string.oar -rc $@ $^
-rc：replace and create

2.3 静态库的使用

gcc main.c -L. -lmystdio

• -L：指定库路径

• -l：指定库名（去掉 lib 和 .a）

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三、动态库

3.1 动态库的特点

• 程序运行时才链接库代码。

• 多个程序可共享同一库，节省内存和磁盘空间。

• 支持动态更新，无需重新编译程序。

3.2 动态库的制作

使用 gcc 的 -shared 和 -fPIC 选项：

makefilelibmystdio.so: my_stdio.o my_string.ogcc -shared -o $@ $^
%.o: %.cgcc -fPIC -c $<

• -fPIC：生成位置无关代码

3.3 动态库的使用

gcc main.c -L. -lmystdio

3.4 动态库的搜索路径

如果运行时找不到动态库，可通过以下方式解决：

1. 拷贝到系统路径：/usr/lib、/usr/local/lib 等

2. 设置 LD_LIBRARY_PATH 环境变量

3. 使用 ldconfig 更新缓存

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四、ELF 文件格式

ELF（Executable and Linkable Format）是 Linux 下可执行文件、目标文件、共享库的标准格式。

4.1 ELF 文件的四种类型

• 可重定位文件（.o）

• 可执行文件

• 共享目标文件（.so）

• 核心转储文件

4.2 ELF 文件结构

组成部分	说明
ELF Header	文件头，描述基本信息
Program Header Table	程序头表，用于加载执行
Section Header Table	节头表，用于链接视图
Sections	代码、数据等具体内容

4.3 常见节（Section）

• .text：代码

• .data：已初始化全局变量

• .bss：未初始化全局变量

• .rodata：只读数据

• .got：全局偏移表

• .plt：过程链接表

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五、链接与加载过程

5.1 静态链接

• 将多个 .o 文件合并成一个可执行文件。

• 链接器会进行地址重定位，修正函数调用地址。

gcc -c hello.c code.c
gcc hello.o code.o -o main

5.2 动态链接与加载

• 动态链接在程序运行时进行。
  

• 使用 GOT（全局偏移表） 和 PLT（过程链接表） 实现地址无关代码。
  因为代码区是只读，不能修改，所以要将偏址放到数据区
  

• 支持延迟绑定，提高加载效率。

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六、查看与分析工具

6.1 常用命令

命令	说明
readelf -h	查看 ELF 头
readelf -l	查看程序头表
readelf -S	查看节头表
objdump -d	反汇编代码段
ldd	查看动态库依赖
nm	查看符号表

6.2 示例：查看可执行文件结构

readelf -h a.out
readelf -l a.out
objdump -d a.out

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七、总结

对比项	静态库	动态库
链接时机	编译时	运行时
文件大小	大	小
内存使用	不共享	共享
更新维护	需重新编译	替换即可
适用场景	独立部署	多进程共享