C++ 静态库与动态库

库（library）是为多个程序复用而打包的代码集合。典型的 C++ 库由两部分组成：

• 头文件：声明库向使用者暴露（提供）的功能；
• 预编译二进制文件：将该功能预先编译为机器码的实现。

某些库可能拆分为多个文件，或包含多个头文件。

库被预先编译的原因如下：

1. 库通常不常改动，不必每次编写使用它的程序都重新编译，否则浪费时间；
2. 预编译的目标文件为机器码，可防止他人访问或修改源代码，这对出于知识产权考虑不愿公开源码的商业机构或个人尤为重要。

库分为两类：静态库与动态库。

静态库（又称归档库，archive）

静态库中的例程在编译时被直接编译并链接到最终可执行文件中。当编译使用静态库的程序时，程序所用到的全部静态库功能都会成为可执行文件的一部分。

• Windows 下静态库扩展名通常为 .lib；
• Linux 下通常为 .a（archive）。

优点：

• 仅需分发可执行文件即可让用户运行程序；
• 由于库已嵌入程序，确保始终使用正确版本；
• 与自行编写的功能一样，可直接调用。

缺点：

• 每个可执行文件都含一份库副本，导致空间浪费；
• 升级困难——更新库时必须替换整个可执行文件。

动态库（又称共享库，shared library）

动态库中的例程在运行时才被加载到应用程序中。编译使用动态库的程序时，库并不并入可执行文件，而是保持独立。

• Windows 下扩展名通常为 .dll（dynamic link library）；
• Linux 下通常为 .so（shared object）。

优点：

• 多个程序可共享同一份库，节省磁盘与内存；
• 可在不替换所有依赖程序的情况下，单独升级动态库。

由于动态库未在编译期链接，使用它们的程序必须显式加载并与动态库交互，机制复杂，接口不便。为简化使用，可借助导入库（import library）。

导入库是一种自动完成动态库加载与调用的库。

• Windows 中，通常由与动态库同名的静态库（.lib）充当；该静态库在编译期链接到程序，之后即可像使用静态库一样调用动态库功能。
• Linux 中，.so 文件本身兼具动态库与导入库角色；多数链接器在创建动态库时可同时生成导入库。

库的安装与使用

了解库的种类后，以下介绍如何在程序中使用库。C++ 库的安装通常分四步：

1. 获取库
   优先下载操作系统对应的预编译包，避免自行编译。若无预编译包，则需下载源码自行编译（本节不展开）。

   • Windows：库通常以 .zip 形式发布；
   • Linux：通常以 .RPM 等包形式发布。包管理器可能已收录常见库（如 SDL），请先检查。

2. 安装库

   • Linux：调用包管理器自动完成；
   • Windows：将库解压到自选目录，建议集中存放，如 C:\Libs，每个库单独子目录。

3. 让编译器找到头文件

   • Windows：头文件通常位于库的 include 子目录（例如库位于 C:\libs\SDL-1.2.11，则头文件在 C:\libs\SDL-1.2.11\include）；
   • Linux：头文件通常安装至 /usr/include，已包含在默认搜索路径；若安装在其他位置，需显式告知编译器。

4. 告知链接器库文件位置
   与第 3 步类似，需将库目录加入链接器搜索路径。

   • Windows：通常为库安装目录下的 lib 子目录；
   • Linux：库通常安装至 /usr/lib，已包含在默认路径。

库安装完成且 IDE 知晓其位置后，每个项目还需执行以下三步：

1. 若使用静态库或导入库，告知链接器需要链接的库文件；
2. 在程序中加入 #include 引用库的头文件，使编译器了解库提供的全部功能；
3. 若使用动态库，确保程序运行时能找到它们。
   • Linux：库通常位于 /usr/lib，默认搜索路径还包括 LD_LIBRARY_PATH 环境变量所列目录；
   • Windows：默认搜索顺序为：程序所在目录、SetDllDirectory() 设置的目录、Windows、System、System32 目录，以及 PATH 环境变量中的目录。最简单做法是将 .dll 复制到可执行文件同级目录，发布时也通常一起分发。

步骤 3–5 涉及 IDE 配置。几乎所有 IDE 的原理相同，但界面各异，因此难点仅在于找到对应设置项。后续章节将在 Visual Studio 与 Code::Blocks 中示范上述步骤。若使用其他 IDE，可参照这两部分说明，稍加搜索即可完成配置。