Что такое статическая библиотека
Что такое статическая библиотека
В отличие от статических библиотек, код совместно используемых (динамических) библиотек не включается в бинарник. Вместо этого в бинарник включается только ссылка на библиотеку.
Рассмотрим преимущества и недостатки статических и совместно используемых библиотек. Статические библиотеки делают программу более автономной: программа, скомпонованная со статической библиотекой может запускаться на любом компьютере, не требуя наличия этой библиотеки (она уже «внутри» бинарника). Программа, скомпонованная с динамической библиотекой, требует наличия этой библиотеки на том компьютере, где она запускается, поскольку в бинарнике не код, а ссылка на код библиотеки. Не смотря на такую зависимость, динамические библиотеки обладают двумя существенными преимуществами. Во-первых, бинарник, скомпонованный с совместно используемой библиотекой меньше размером, чем такой же бинарник, с подключенной к нему статической библиотекой (статически скомпонованный бинарник). Во-вторых, любая модернизация динамической библиотеки, отражается на всех программах, использующих ее. Таким образом, если некоторую библиотеку foo используют 10 программ, то исправление какой-нибудь ошибки в foo или любое другое улучшение библиотеки автоматически улучшает все программы, которые используют эту библиотеку. Именно поэтому динамические библиотеки называют совместно используемыми. Чтобы применить изменения, внесенные в статическую библиотеку, нужно пересобрать все 10 программ.
В Linux статические библиотеки обычно имеют расширение .a (Archive), а совместно используемые библиотеки имеют расширение .so (Shared Object). Хранятся библиотеки, как правило, в каталогах /lib и /usr/lib. В случае иного расположения (относится только к совместно используемым библиотекам), приходится немного «подшаманить», чтобы программа запустилась.
3.2. Пример статической библиотеки
Теперь давайте создадим свою собственную библиотеку, располагающую двумя функциями: h_world() и g_world(), которые выводят на экран «Hello World» и «Goodbye World» соответственно. Начнем со статической библиотеки.
Начнем с интерфейса. Создадим файл world.h: Здесь просто объявлены функции, которые будут использоваться.
Теперь надо реализовать серверы. Создадим файл h_world.c: Теперь создадим файл g_world.c, содержащий реализацию функции g_world(): Можно было бы с таким же успехом уместить обе функции в одном файле (hello.c, например), однако для наглядности мы разнесли код на два файла.
Теперь создадим файл main.c. Это клиент, который будет пользоваться услугами сервера:
Теперь напишем сценарий для make. Для этого создаем Makefile: Не забывайте ставить табуляции перед каждым правилом в целевых связках.
Осталось только проверить, работает ли программа и разобраться, что же мы такое сделали:
Итак, в приведенном примере появились три новые вещи: опции -l и -L компилятора, а также команда ar. Начнем с последней. Как вы уже догадались, команда ar создает статическую библиотеку (архив). В нашем случае два объектных файла объединяются в один файл libworld.a. В Linux практически все библиотеки имеют префикс lib.
3.3. Пример совместно используемой библиотеки
Для того, чтобы создать и использовать динамическую (совместно используемую) библиотеку, достаточно переделать в нашем проекте Makefile.
Внешне ничего не изменилось: программа компилируется, запускается и выполняет те же самые действия, что и в предыдущем случае. Изменилась внутренняя суть, которая играет для программиста первоочередную роль. Рассмотрим все по порядку.
Статические и динамические библиотеки
Обновл. 15 Сен 2021 |
Библиотека — это «сборник» кода, который можно многократно использовать в самых разных программах. Как правило, библиотека в языке C++ состоит из двух частей:
Заголовочный файл, который объявляет функционал библиотеки.
Предварительно скомпилированный бинарный файл, содержащий реализацию функционала библиотеки.
Некоторые библиотеки могут быть разбиты на несколько файлов и/или иметь несколько заголовочных файлов.
Типы библиотек
Библиотеки предварительно компилируют по нескольким причинам. Во-первых, их код редко меняется. Было бы напрасной тратой времени повторно компилировать библиотеку каждый раз при её использовании в новой программе. Во-вторых, поскольку весь код предварительно скомпилирован в машинный язык, то это предотвращает получение доступа к исходному коду (и его изменение) сторонними лицами. Этот пункт важен для предприятий/людей, которые не хотят, чтобы результат их труда (исходный код) был доступен всем.
Есть 2 типа библиотек: статические и динамические.
Статическая библиотека (или «архив») состоит из подпрограмм, которые непосредственно компилируются и линкуются с вашей программой. При компиляции программы, которая использует статическую библиотеку, весь функционал статической библиотеки (тот, что использует ваша программа) становится частью вашего исполняемого файла. В Windows статические библиотеки имеют расширение .lib (сокр. от «library»), тогда как в Linux статические библиотеки имеют расширение .a (сокр. от «archive»).
Одним из преимуществ статических библиотек является то, что вам нужно распространить всего лишь 1 (исполняемый) файл, чтобы пользователи могли запустить и использовать вашу программу. Поскольку статические библиотеки становятся частью вашей программы, то вы можете использовать их подобно функционалу своей собственной программы. С другой стороны, поскольку копия библиотеки становится частью каждого вашего исполняемого файла, то это может привести к увеличению размера файла. Также, если вам нужно будет обновить статическую библиотеку, вам придется перекомпилировать каждый исполняемый файл, который её использует.
Динамическая библиотека (или «общая библиотека») состоит из подпрограмм, которые подгружаются в вашу программу во время её выполнения. При компиляции программы, которая использует динамическую библиотеку, эта библиотека не становится частью вашего исполняемого файла — она так и остается отдельным модулем. В Windows динамические библиотеки имеют расширение .dll (сокр. от «dynamic link library»), тогда как в Linux динамические библиотеки имеют расширение .so (сокр. от «shared object»). Одним из преимуществ динамических библиотек является то, что разные программы могут совместно использовать одну копию динамической библиотеки, что значительно экономит используемое пространство. Еще одним преимуществом динамической библиотеки является то, что её можно обновить до более новой версии без необходимости перекомпиляции всех исполняемых файлов, которые её используют.
Поскольку динамические библиотеки не линкуются непосредственно с вашей программой, то ваши программы, использующие динамические библиотеки, должны явно подключать и взаимодействовать с динамической библиотекой. Этот механизм не всегда может быть понятен для новичков, что может затруднить взаимодействие с динамической библиотекой. Для упрощения этого процесса используют библиотеки импорта.
Установка библиотек
Теперь, когда мы уже разобрались с типами библиотек, давайте поговорим о том, как их использовать в наших программах. Установка библиотеки в языке C++ состоит из четырех последовательных шагов:
Шаг №2: Установите библиотеку. В Linux это делается путем вызова менеджера пакетов, а дальше он всё делает сам. В Windows вам придется разархивировать библиотеку самостоятельно в любую выбранную вами папку. Рекомендуется хранить все используемые библиотеки в одном месте для быстрого доступа к ним. Например, создайте папку Libs ( C:\Libs ) и выделяйте для каждой (используемой вами) библиотеки свою отдельную подпапку.
Использование библиотек
Как только библиотека установлена, и ваша IDE знает, где искать её файлы, то для того, чтобы вы могли использовать эту библиотеку в ваших проектах, вам необходимо выполнить следующие 3 шага:
Шаг №5: Если вы используете статические библиотеки или библиотеки импорта, сообщите линкеру, какие файлы библиотеки нужно связать с вашей программой.
Шаг №6: Подключите заголовочные файлы библиотеки к вашей программе.
Заключение
Шаги №3-№5 включают настройку вашей IDE. К счастью, почти все IDE работают одинаково, когда дело доходит до выполнения подобных задач. На следующем уроке мы рассмотрим, как выполнить данные шаги в Visual Studio.
Поделиться в социальных сетях:
Чем отличается динамическая библиотека от статической?
Никак не могу понять чем отличается динамическая библиотека от статической. По идее же и там и там код. Почему одну нельзя преобразовать в другую. К примеру влинковать в бинарик функции из динамической библиотеки.
Если что я имею ввиду разницу принципиальную. То что динамические можно подгрузить в рантайме это и так понятно.
Простой 6 комментариев
Статическая библиотека это фактически архив объектных файлов, который используется в процессе статической линковки. В результате статической линковки из многих объектных файлов получается один исполняемый, запускается статическая линковка в момент создания исполняемого файла.
Динамическая библиотека это фактически исполняемый файл (т.е. DLL и EXE в Windows имеют одинаковый формат). Динамическая линковка запускается в момент создания процесса (когда вы запускаете исполняемый файл на выполнение), линкуются между собой несколько исполняемых файлов каждый раз, когда создается новый процесс. Так же возможна динамическая линковка уже после запуска, т.е. новая библиотека может быть подгружена в адресное пространство ужа работающего процесса.
A.1 – Статические и динамические библиотеки
Библиотека – это пакет кода, который предназначен для повторного использования многими программами. Обычно библиотека C++ состоит из двух частей:
Некоторые библиотеки могут быть разделены на несколько файлов и/или иметь несколько файлов заголовков.
Библиотеки предварительно скомпилированы по нескольким причинам. Во-первых, поскольку библиотеки меняются редко, их не нужно часто перекомпилировать. Было бы пустой тратой времени перекомпилировать библиотеку каждый раз, когда вы пишете программу, которая ее использует. Во-вторых, поскольку предварительно скомпилированные объекты представлены машинным кодом, люди не могут получить доступ к исходному коду или изменить его, что важно для предприятий или людей, которые не хотят делать свой исходный код доступным из соображений интеллектуальной собственности.
Существует два типа библиотек: статические библиотеки и динамические библиотеки.
Поскольку динамические библиотеки не связаны с вашей программой, программы, использующие динамические библиотеки, должны явно загружать и взаимодействовать с динамической библиотекой. Этот механизм может сбивать с толку и затруднять взаимодействие с динамической библиотекой. Чтобы упростить использование динамических библиотек, можно использовать библиотеку импорта.
Установка и использование библиотек
Теперь, когда вы знаете о различных типах библиотек, давайте поговорим о том, как на самом деле использовать библиотеки в вашей программе. Установка библиотеки на C++ обычно состоит из 4 шагов:
После того, как библиотека установлена, и среда IDE знает, где ее искать, обычно необходимо выполнить следующие 3 шага для каждого проекта, который хочет использовать библиотеку:
Шаги 3-5 включают настройку вашей IDE – к счастью, когда дело доходит до выполнения этих вещей, почти все IDE работают одинаково. К сожалению, поскольку каждая среда IDE имеет свой интерфейс, самая сложная часть этого процесса – просто определить правильное место для выполнения каждого из этих шагов. Следовательно, в следующих нескольких уроках этого раздела мы расскажем, как выполнить все эти шаги как для Visual Studio, так и для Code::Blocks. Если вы используете другую IDE, прочтите оба урока – к тому времени, когда вы закончите, у вас должно быть достаточно информации, чтобы сделать то же самое с вашей собственной IDE и небольшим гуглением.
Создание статической библиотеки на С++ для работы с большими числами
Я всегда слышал, что с библиотеками в С++ что-то не так, как и с ограничением максимального целочисленного значения, да и вообще то, что язык сложный и непонятный. Что же, сегодня, мы начнём писать собственную библиотеку больших чисел, полностью своими руками c 0, и узнаем, так ли страшен С++, как его малюют?
Если вы не разбираетесь в С++, не переживайте, эта статья имеет нулевой порог вхождения. Мы начнём с лёгкого, но вы даже не заметите, как начнёте разбираться в более сложных и непонятных, на первый взгляд, вещах. Главное, писать код логично. Думаю, данная статья будет интересна не только начинающим, ведь я постарался затронуть достаточно много тем. (для старожилов: моя цель не сделать оптимизирование или быстрее, а показать, что С++ не такой уж и сложный язык программирования. И да, я знаю, что существуют другие библиотеки, которые делают это быстрее и лучше. И да, было бы круче, если бы мы использовали булевую алгебру. И да, С++ про вечную оптимизацию, но это статья не про это. Спасибо.)
За сегодня мы узнаем, что такое: Перегрузка функций/конструкторов, прототипы функций, обработка исключений, пространство имён, псевдонимы типов, заголовок.h, как пользоваться отладчиком и как писать продвинутые/красивые комментарии. Пристёгивайтесь, будет безумно интересно.
▍ Предисловие и планы
С++ строготипизированный язык программирования, где максимально возможное значение целочисленной переменной, является максимальное значение unsigned long long int (где-то 18 446 744 073 709 551 615). Этого бывает недостаточно, поэтому я решил разработать собственную библиотеку больших чисел (BigNumLib). Единственное ограничение размерности BigNumLib переменной – это количество цифр, из которого будет состоять число, то есть, максимально в число поместится 4 294 967 295 цифр.
▍ Начало разработки
Итак, начинаем разработку! Для начала нам необходимо продумать логику и возможности нашего собственного типа данных. Как мы создадим свой тип данных? В ЯП С++ нельзя расширить стандартные типы (int, double и т.п.), поэтому, единственный возможный вариант, который у нас остался, это работа через struct и class.
Чем отличаются Struct и Class?
Ответ: единственное различие между ними, так это то, что в struct модификаторы доступа по умолчанию public, а в class — private. Также отличается и наследование по умолчанию.
Итак, откроем Visual Studio с пустым проектом. Создадим папки (если они не созданы): “Файлы заголовков” с файлом BigNumLib.h и “Исходные файлы” с файлами Main.cpp, BigNumLib.cpp. У кого трудности на данном этапе, ничего страшного, ниже представлены фото и gif.
В файле заголовка (.h), можно заметить строчку #pragma once. Что это?
Ответ: В языках программирования С и C++ #pragma once — нестандартная, но широко распространённая препроцессорная директива, разработанная для контроля за тем, чтобы конкретный исходный файл при компиляции подключался строго один раз.
Здесь, в этом файле заголовка, мы будем создавать прототипы функций (функции без тела) и вообще описывать весь класс, например, какие дополнительные библиотеки будут подключены, для исправной работы нашей, или какие функции будут доступны пользователю, а какие нет (модификаторы доступа public, private). Зачем мы вообще создали данный заголовок? Всё просто, чтобы подключить внешний код, необходимо использовать именно заголовок.
▍ Создание bignum класса
Итак, для начала нам необходимо создать класс и его поля:
Ловим ошибку, что не подключили библиотеку и подключаем:
Итак, что мы написали?
_value = здесь будет храниться наше число в виде строки
_size = из скольких цифр состоит наше число (размер). size_t это псевдоним, то есть, то же самое что и unsigned int (положительные целые числа)
_isNegative = является ли отрицательным числом. (true или false)
bignum() = конструктор класса. Он вызывается при создании экземпляра класса.
private: – поле, где доступ к данным имеет лишь класс. Приватные переменные, как правило, пишутся через ‘_’.
Так отлично, теперь откроем BigNumLib.cpp и напишем там такой код:
Здесь мы подключили наш заголовок и описали конструктор класса, где доступ к конструктору мы получаем через пространство имён ( bignum:: )
Теперь мы можем открыть наш основной файл ( Main.cpp ) и проверить работу библиотеки:
// Важное замечание, локальные заголовки, которые находятся в одном решении, подключаются с помощью кавычек.
Отлично, всё работает! По поводу отладчика, это безумно удобный интерфейс. Как сказал один мудрый человек, если программист не умеет пользоваться отладчиком, то этот человек не программист. Краткий экскурс по данному чуду: f5 (запуск отладки), shift+f5 (остановка), ctrl+shift+f5 (перезапуск), f10 (шаг с заходом в функцию), f11 (шаг с обходом функции), shift+f11 (шаг с выходом из функции), f5 (во время отладки, перейти к следующей точке остановы).
▍ Геттеры
Так, теперь создадим функцию геттер, чтобы иметь возможность читать поле нашего класса. Для этого объявим эту функцию в BigNumLib.h (файл заголовок) в поле public :
Мы написали комментарии в стиле DOC++. Этот тип комментариев понимает Visual Studio и красиво отображает нам. (ключевые слова пишутся через ‘@’: @return, @param )
В функции getValue() мы создаём локальную переменную _value и заполняем её данными лежащими в поле класса. Если поле _isNegative имеет значение true (число отрицательно), то мы вставляем в начало строки ‘-’. (insert(позиция, знак))
Отлично, теперь проверим наш код в действии!
▍ Перегрузка конструктора (приём int)
Далее нам необходимо создать перегрузку конструктора класса, который на вход принимает long long int. Для этого объявим:
Перегрузка конструктора \ функции \ оператора – это когда они имеют одно и то же имя, но принимают разные параметры. Та или иная функция вызывается в зависимости от принимаемых ею аргументов.
Сейчас мы можем протестировать это и присвоить число. Попробуем присвоить положительное и отрицательное число, посмотрим, правильно ли работает наша программа:
Отлично, теперь попробуем ввести огромное число:
Как мы можем видеть, Visual Studio запрещает нам присваивать такое огромное число, потому что оно выходит за рамки long long int (превысив значение самого большого стандартного типа). Как мы будем обходить данный запрет? С помощью строки, ведь она, практически безгранична.
▍ Перегрузка конструктора (приём string, char*)
Создадим конструктор и пару функций в файле заголовка.
Мы написали 2 конструктора, где один из них принимает string, а другой массив char. Зачем? Потому что в случае, когда после присвоения сразу записывается значение, то будет массив char. А если создать string переменную и присвоить уже её, то активируется другой конструктор (со string параметром).
Что делает исключение? Полностью останавливает работу программы, если его не обработать. Давайте же опробуем работу наших конструкторов и обработаем исключение: