为什么动态库可以链接到其他库，而静态库不能？

Question

考虑以下代码结构：

main.cpp -> depends on libone.a -> depends on libtwo.a

假设在main.cpp只使用来自libone.a函数。 所以实际上编写main.cpp的程序员真的只关心libone.a 。 此时他们甚至不知道libone.a依赖于libtwo.a 。

他们尝试如下编译他们的代码并得到链接器错误：

g++ -o main main.cpp -lone

- 错误！ 未定义的符号！

这成为一个问题，因为因为libone.a依赖于libtwo.a ，任何使用libone.a人都必须知道这个依赖......正如你想象的那样，这个问题可能发生在比单个库更多的依赖中，并且可以很快成为一个连接噩梦。

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尝试 1 解决此问题：

解决这个问题的第一个想法是“这很简单，当我编译libone.a时，我只需将libone.a与libtwo.a链接！

事实证明它并不像我希望的那么简单......在编译libone.a ，无法链接libtwo.a 。 静态库在编译时不会链接到任何内容，而是在将库编译为可执行文件时必须链接所有依赖项。

例如，要编译依赖于另一个静态库的静态库的main.cpp ，您必须链接这两个库。 总是。

g++ -o main main.cpp -lone -ltwo

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尝试 2 解决此问题：

另一个想法是尝试将libone编译为链接到libtwo.a的动态库。

奇怪的是，这刚刚奏效！ 编译链接libone.so ，主程序只需要关心libone.so ，不再需要关心libtwo.a 。

g++ -o main main.cpp -lone

成功！

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完成此练习后，仍然缺少一件。 我似乎无法弄清楚为什么静态库不能链接到其他库，而动态库可以。 事实上，在我链接libtwo.a之前，动态库libone.so根本不会编译。 不过这很好，因为作为libone.so的作者，我会知道它对libtwo.a依赖 - main.cpp的作者，但是不知道。 实际上，他们不应该知道。

所以回到真正的问题......为什么动态库可以链接到其他这样的库而静态库不能？ 这似乎是动态库相对于静态库的明显优势，但我从未在任何地方看到过它！

Answer 1

静态库只是目标文件的存档，没有依赖的概念，因为它从未链接过。

共享库是链接的、解决符号的，因此它们可以具有依赖关系。

Answer 2

由于您的问题涉及 gcc 和 .so/.a 文件，我假设您使用的是某种将 ELF 文件用于目标代码的 Unix。

完成此练习后，仍然缺少一件。 我似乎无法弄清楚为什么静态库不能链接到其他库，而动态库可以。

正如另一个答案中提到的那样，静态库没有链接。 它们只是已编译目标文件的存档。 共享库实际上是链接的，这意味着链接器实际上解析了任何导出符号可访问的所有符号。 将导出的符号视为库的 API。 一个完全链接的共享库要么包含每个符号的定义，要么包含告诉操作系统（特别是动态加载器）需要哪些其他共享库来访问符号所需的依赖信息。 链接器将所有这些组合成一种称为ELF 共享对象（动态库）的特殊文件格式。

事实上，在我链接 libtwo.a 之前，动态库 libone.so 根本不会编译。 不过这很好，因为作为 libone.so 的作者，我会知道它对 libtwo.a 的依赖——但是 main.cpp 的作者不知道。 实际上，他们不应该知道。

libone.so可能编译得很好，但由于未解析的符号，没有libtwo将无法链接。 因为链接器在链接共享库时必须解析所有可访问的符号，所以如果找不到任何符号，它将失败。 由于libone.so在使用符号libtwo ，链接器需要了解libtwo.a找到他们。 当您将静态库链接到共享库时，通过将定义直接复制到输出共享对象文件中来解析符号，因此此时， libone.so用户可能对libone.so的使用libtwo因为它的符号只是在libone.so 。

另一种选择是将共享库链接到其他共享库。 如果您将libtwo.so链接到libone.so （注意 .so 后缀），则链接器通过向输出共享对象文件添加一个特殊部分来解析libone所需的符号，该部分表明它在运行时需要libtwo.so 。 稍后，当操作系统加载libone.so ，它知道它还需要加载libtwo.so 。 而且，如果您的应用程序仅直接使用libone ，那么您只需要在构建时告诉链接器即可，因为它将在libone链接，看到它需要libtwo ，并递归解析直到一切正常。

现在，操作系统必须在运行时加载的所有内容都会导致性能成本，并且如果您不小心，多个共享对象中存在全局静态变量的一些问题。 静态链接还有一些其他潜在的性能优势，我不会在这里介绍，但可以说使用动态库的平均性能并不那么好，但对于大多数现实世界情况，这种差异也可以忽略不计。