linux下的C开发7，动态链接库和静态链接库有哪些区别？

前面花了 6 节介绍如何搭建基本的 linux 下的 C语言开发环境，现在终于可以愉快的进行 C语言程序开发了。小编决定先介绍下 linux 下常用的一些库函数，一来可以熟悉 linux 中有哪些现成的轮子可用，二来可以锻炼一下我们的 C语言编程水平，毕竟这系列文章是面向 C语言初学者，而不是大牛的。

在 linux 下查看库函数的文档

linux 中有大量的库函数和系统函数可用，这么庞大的函数量，我们不可能全部记下来。而且，即使是一些常用的函数，有时也会记不清它需要包含什么头文件，它的参数类型是什么样的，以及它有哪些返回值。

这时，查看函数的说明文档就很必要了。本系列文章前面几节介绍安装的 ubuntu linux 环境，非常贴心的提供了 man 手册，所以如果我们想查看某个函数的说明文档，直接输入 man 命令查询即可，例如查询 printf 的文档，只需输入

# man 3 printf

就什么都有了，文档非常详细，包含了所需头文件，函数原型，功能描述，返回值等信息，有些函数甚至还会附有示例代码。

所以说 linux 对程序员非常友好，连函数文档都能一键查询。

动态链接库和静态链接库

使用我们按照之前几节配置好的 vim 输入以下代码：

// 文件名 t.c
#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello embedTime\n");
    return 0;
}

这段代码包含了 stdio 头文件，调用了库函数 printf，所以编译它肯定会使用链接库。linux 系统有两种链接库，一种常常被称为“静态链接库（static library）”，还有一种常被称作“动态链接库（shared library）”。

动态链接是应用非常广泛的方式。动态链接库的英文字面意思可以翻译为“共享的库”，的确如此，使用动态链接库的程序在加载时，linux 内核会检查程序用到的库是否已经在内存中，如果在，则 linux 内核不再重新加载库，直接就执行程序了。所以，多个程序可以共享一个库，这实际上可以节约资源。

对于静态链接库来说，程序链接时会将其作为程序的一部分，因此最终生成的可执行程序相比于动态链接方式，会更大一点。

编译上面的程序：

# gcc t.c -o shared.out

这条编译语句使用的是动态链接方式。为 gcc 命令附加 -static 命令，可以以静态链接方式编译程序：

# gcc t.c -static -o static.out

现在我们查看一下这两种链接方式生成的可执行程序大小对比：

# ls -ahl
total 888K
drwxr-xr-x 3 root root 4.0K Dec 17 22:40 .
drwxr-xr-x 8 root root 4.0K Dec 11 10:28 ..
drwxr-xr-x 2 root root 4.0K Dec 17 22:39 his
-rwxr-xr-x 1 root root 8.4K Dec 17 22:40 shared.out
-rwxr-xr-x 1 root root 857K Dec 17 22:40 static.out
-rw-r--r-- 1 root root   76 Dec 17 21:37 t.c

很容易看出，使用静态链接方式生成的可执行程序，要比使用动态链接方式生成的可执行程序大 100 多倍。虽然几百 KB 对于大多数 linux 主机来说不算什么，但是嵌入式系统资源一般都非常紧缺，这时再轻易使用静态链接就非常奢侈了。

使用静态链接也是有好处的，生成的可执行程序能够脱离库独立运行，而使用动态链接的可执行程序则不能脱离库独立运行。

静态链接和动态链接的可执行程序，执行过程有哪些不同

上面讨论了 linux 中程序链接的两种方式，既然可执行程序体积相差这么多，那它们的执行过程也应该有所差异了？的确如此，现在我们一起来分析下。在linux中分析程序的执行过程，可以使用 strace 命令。

先分析 shared.out，我们输入 strace ./shared.out，会发现有一大堆输出信息：

# strace ./shared.out
execve("./shared.out", ["./shared.out"], [/* 22 vars */]) = 0
brk(0)                                  = 0x1a66000
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=33518, ...}) = 0
mmap(NULL, 33518, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7fe241ff2000
close(3)                                = 0
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "\177ELF\2\1\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0P \2\0\0\0\0\0"..., 832) = 832
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1857312, ...}) = 0
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fe241ff1000
mmap(NULL, 3965632, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7fe241a10000
mprotect(0x7fe241bce000, 2097152, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7fe241dce000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1be000) = 0x7fe241dce000
mmap(0x7fe241dd4000, 17088, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fe241dd4000
close(3)                                = 0
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fe241fef000
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7fe241fef740) = 0
mprotect(0x7fe241dce000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0x600000, 4096, PROT_READ)     = 0
mprotect(0x7fe241ffb000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0x7fe241ff2000, 33518)           = 0
fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0600, st_rdev=makedev(136, 2), ...}) = 0
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fe241ffa000
write(1, "hello embedTime\n", 16hello embedTime
)       = 16
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++

这些输出信息即为 linux 执行程序的过程。每一个函数，都可以通过 man 命令查询其手册。几个主要的过程如下：

就是加载库到内存，再执行程序，最后调用系统调用 exit 结束程序。

现在再来看看静态链接的程序 static.out，同样使用 strace 命令查看：

# strace static.out

可以看出，因为链接时，编译器直接把静态库作为程序的一部分了，所以这里相比于动态链接的程序，少了很多将库映射到内存的操作：