為什么動態庫可以鏈接到其他庫，而靜態庫不能？

Question

考慮以下代碼結構：

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

假設在main.cpp只使用來自libone.a函數。 所以實際上編寫main.cpp的程序員真的只關心libone.a 。 此時他們甚至不知道libone.a依賴於libtwo.a 。

他們嘗試如下編譯他們的代碼並得到鏈接器錯誤：

g++ -o main main.cpp -lone

- 錯誤！ 未定義的符號！

這成為一個問題，因為因為libone.a依賴於libtwo.a ，任何使用libone.a人都必須知道這個依賴......正如你想象的那樣，這個問題可能發生在比單個庫更多的依賴中，並且可以很快成為一個連接噩夢。

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嘗試 1 解決此問題：

解決這個問題的第一個想法是“這很簡單，當我編譯libone.a時，我只需將libone.a與libtwo.a鏈接！

事實證明它並不像我希望的那么簡單......在編譯libone.a ，無法鏈接libtwo.a 。 靜態庫在編譯時不會鏈接到任何內容，而是在將庫編譯為可執行文件時必須鏈接所有依賴項。

例如，要編譯依賴於另一個靜態庫的靜態庫的main.cpp ，您必須鏈接這兩個庫。 總是。

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

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嘗試 2 解決此問題：

另一個想法是嘗試將libone編譯為鏈接到libtwo.a的動態庫。

奇怪的是，這剛剛奏效！ 編譯鏈接libone.so ，主程序只需要關心libone.so ，不再需要關心libtwo.a 。

g++ -o main main.cpp -lone

成功！

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完成此練習后，仍然缺少一件。 我似乎無法弄清楚為什么靜態庫不能鏈接到其他庫，而動態庫可以。 事實上，在我鏈接libtwo.a之前，動態庫libone.so根本不會編譯。 不過這很好，因為作為libone.so的作者，我會知道它對libtwo.a依賴 - main.cpp的作者，但是不知道。 實際上，他們不應該知道。

所以回到真正的問題......為什么動態庫可以鏈接到其他這樣的庫而靜態庫不能？ 這似乎是動態庫相對於靜態庫的明顯優勢，但我從未在任何地方看到過它！

Answer 1

靜態庫只是目標文件的存檔，沒有依賴的概念，因為它從未鏈接過。

共享庫是鏈接的、解決符號的，因此它們可以具有依賴關系。

Answer 2

由於您的問題涉及 gcc 和 .so/.a 文件，我假設您使用的是某種將 ELF 文件用於目標代碼的 Unix。

完成此練習后，仍然缺少一件。 我似乎無法弄清楚為什么靜態庫不能鏈接到其他庫，而動態庫可以。

正如另一個答案中提到的那樣，靜態庫沒有鏈接。 它們只是已編譯目標文件的存檔。 共享庫實際上是鏈接的，這意味着鏈接器實際上解析了任何導出符號可訪問的所有符號。 將導出的符號視為庫的 API。 一個完全鏈接的共享庫要么包含每個符號的定義，要么包含告訴操作系統（特別是動態加載器）需要哪些其他共享庫來訪問符號所需的依賴信息。 鏈接器將所有這些組合成一種稱為ELF 共享對象（動態庫）的特殊文件格式。

事實上，在我鏈接 libtwo.a 之前，動態庫 libone.so 根本不會編譯。 不過這很好，因為作為 libone.so 的作者，我會知道它對 libtwo.a 的依賴——但是 main.cpp 的作者不知道。 實際上，他們不應該知道。

libone.so可能編譯得很好，但由於未解析的符號，沒有libtwo將無法鏈接。 因為鏈接器在鏈接共享庫時必須解析所有可訪問的符號，所以如果找不到任何符號，它將失敗。 由於libone.so在使用符號libtwo ，鏈接器需要了解libtwo.a找到他們。 當您將靜態庫鏈接到共享庫時，通過將定義直接復制到輸出共享對象文件中來解析符號，因此此時， libone.so用戶可能對libone.so的使用libtwo因為它的符號只是在libone.so 。

另一種選擇是將共享庫鏈接到其他共享庫。 如果您將libtwo.so鏈接到libone.so （注意 .so 后綴），則鏈接器通過向輸出共享對象文件添加一個特殊部分來解析libone所需的符號，該部分表明它在運行時需要libtwo.so 。 稍后，當操作系統加載libone.so ，它知道它還需要加載libtwo.so 。 而且，如果您的應用程序僅直接使用libone ，那么您只需要在構建時告訴鏈接器即可，因為它將在libone鏈接，看到它需要libtwo ，並遞歸解析直到一切正常。

現在，操作系統必須在運行時加載的所有內容都會導致性能成本，並且如果您不小心，多個共享對象中存在全局靜態變量的一些問題。 靜態鏈接還有一些其他潛在的性能優勢，我不會在這里介紹，但可以說使用動態庫的平均性能並不那么好，但對於大多數現實世界情況，這種差異也可以忽略不計。