這篇你會學到

• 什麼是函示庫?
• 靜態函示庫和動態函示庫的差別是什麼?
• 為什麼要有兩種不同的版本?
• 完整的前文小回顧

前文小回顧

工具安裝

gcc

• Day 3:
  [Day 03] 用gcc編譯我人生第一個 C 程式：不是 Hello World!
• Day 4:
  [Day 04] 用過gcc了吧? 那我們現在來了解gcc!

gcc 和 make的關聯

• Day 6:
  [Day 06] 非得用MAKE不可嗎? MAKE的工具定位以及替代方案

makefile介紹

• Day 7 : 介紹了單層不含.h檔案 、 單makefile的編譯方式
  [Day 07] 知道MAKE的功用了? 那我們先來看看別人怎麼寫makefile!
• Day 10: 介紹了含有.h 檔 、 單makefile的編譯方式
  [Day 10] 有了makefile了? 那我們開始編譯吧!
• Day 11: 條列了make指令的幾個大項目，適合查字典用的篇章
  [Day 11] MAKE 指令和魔法變數
• Day 12: 學會了 使用 makefile 偵測所在環境的編譯器 + 選用編譯器，以及逐行解析makefile的指令
  [Day 12] make 專案目錄規劃實作解析

makefile的花式用法

• Day 14:介紹含有兩個makefile的專案 - 主要makefile的功用
  [Day 14] 看過有一個makefile的專案了? 那我們來看看兩個以上makefile專案→瞭解子 makefile 與遞迴 make
• Day 15: 介紹- 子makefile的功用
  [Day 15]繼續看懂遞迴make在做什麼...

函示庫(Library)

在[Day 14] 的時候我們有引入靜態函示庫的概念

函示庫的定義

函式庫 (Library) 可以想像成是一組已經寫好、整理好的程式碼集合，提供了某些功能讓其他程式可以直接使用，而不必每次都重新實作
例如C語言中的 stdio.h, string.h, time.h, stdlib.h （標頭檔 header file） →　包含在 GNU C Library (glibc) 的 libc.a (靜態庫)/ libc.so (動態庫) 裡面
https://sourceware.org/glibc/manual/latest/pdf/libc.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/C_standard_library
libc.a 包含什麼？

• stdio.h 宣告的實作 → 像 printf()、scanf()、fopen()、fread()、fwrite()...
• string.h 宣告的實作 → memcpy()、strlen()、strcpy() ...
• time.h 宣告的實作 → time()、clock() …
• stdlib.h 宣告的實作 → malloc()、free()、atoi() …
  但是常用的 math.h 他的函示庫是libm.a
  所以你可能有看過

gcc main.c -o main -lm

後面的 main -lm告訴編譯器要去連結 libm.a (或 libm.so)

函示庫分類

靜態庫.a (archive)

• .a 是 archive file 的縮寫
• 本質上是把一堆編譯後的 .o 物件檔打包在一起 可以對照[Day 14] 的內容一起看就會有比較深刻的體會
• 連結時，編譯器會先觀察你寫的程式有哪些符號 (symbol)，例如 printf，去 .a 裡面找哪個 .o 定義了這個符號，再從 .a 裡挑出需要的函式，複製進執行檔
• 舉例來說
  • 假設 libc.a 裡面有這些物件檔

    printf.o
    scanf.o
    malloc.o
    time.o
    

  • 妳的程式這樣寫的

    #include <stdio.h>
    int main() {
        printf("Hello\n");
        return 0;
    }
    

  • libc.a 可以想像成含有很多.o包起來的倉庫 的連結器只會從 libc.a 把 printf.o 拉進去，不會拉 malloc.o、time.o，所以執行檔裡面只包含需要的東西
  • 但是如果是 .a 裡的設計是 .o 包含很多函式（例如 stdio.o 同時有 printf、scanf、fopen），只要用到其中一個函式，整個 stdio.o 都會被拉進來
  • 如果你在執行下面的指令的時候，你可以想像成 連結 libc.a(裡面是.o的集成會根據妳的函示去選擇適配的.o)，生成一個完全獨立、不需要外部依賴的可執行檔

  gcc main.c -static -o main
  

動態庫.so(shared object)

• .so 是 shared object 的縮寫
• 本質上跟 .a 一樣，裡面也是一堆編譯好的 .o 檔，但它設計成在 執行時 (runtime) 才載入
• 編譯時，編譯器只會把介面 (symbol) 連結資訊寫進去，不會把實作塞進執行檔
• 程式執行的時候，作業系統（透過動態載入器 ld.so）才會把 .so 載入記憶體，並把符號指到正確的函式
• 舉例來說
  • 你寫的程式：

    #include <stdio.h>
    int main() {
        printf("Hello\n");
        return 0;
    }
    

  • 編譯如果沒加 -static：

    gcc main.c -o main
    

    預設會使用 動態連結，產生的執行檔會記錄需要 libc.so 的 printf這樣的資訊，而不是把 printf.o 搬進去， (.a會把整個搬進去)
  • 執行時，系統會去 /lib 或 /usr/lib 找 libc.so.6，載入後才讓 main 能正確呼叫 printf 也就是要執行的系統裏頭本身要有libc.so.6
  • 優點
    • 執行檔體積小（不需要包含函式庫的全部程式碼）
    • 多個程式可以共用同一個 .so，節省記憶體與磁碟空間
    • 更新函式庫只要換掉 .so，不用重編所有程式（只要介面不變）
  • 缺點
    • 執行時必須能找到 .so 檔，不然會報錯 error while loading shared libraries
    • 不同版本 .so 可能會造成相容性問題
    • 如果想確認程式用了哪些 .so，可以用：
    • ldd main
      • 它會列出執行檔依賴的所有動態函式庫，例如：

        linux-vdso.so.1 (0x00007ffd8a5d9000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f4d8b3a0000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f4d8b7a0000)
        

為什麼會有兩種 (.a vs .so)？

• 如果你要 可攜性（放到沒裝 glibc 的系統上也能跑），就用 .a → 靜態連結。
• 如果你要 節省空間、方便更新，就用 .so → 動態連結。
• 這就是為什麼 glibc 同時提供：

/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.a
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

編譯時的差異

glibc 提供兩種版本，讓你根據需求選用

• .a = 靜態庫，編譯時打包進去
• .so = 動態庫，執行時載入

靜態庫 .a vs 動態庫 .so 差異總覽

• 一次打包、到哪都能跑 → 選 .a
• 小巧、省空間、方便更新 → 選 .so