• lib
• dll
  • 建立動態庫
  • 連結動態庫
  • 動態庫中封裝類
• a
• so

我們介紹 Windows 和 Ubuntu 下生成和使用庫檔案的操作。

lib

lib 是 Windows 下的靜態庫，它具有以下特點：

1. 執行不存在
2. 靜態庫原始碼被連結到呼叫程式中
3. 目標程式的歸檔

靜態庫是將程式碼嵌入到使用程式中，多個程式使用時會有多份程式碼，所以程式碼體積會增大。動態庫的程式碼只需要存在一份，其它程式通過函式地址使用，所以程式碼體積小。靜態庫發生變化後，新的程式碼需要重新連結嵌入到執行程式中。

要建立靜態庫，首先在 VS 中建立庫專案，這樣會產生一些預設框架，如果不想要的話可以先生成控制檯專案，然後設定“專案屬性-配置型別”為靜態庫即可；然後直接新增原始碼和標頭檔案，右擊專案選擇“生成”即可產生 .lib 檔案

生成靜態庫後，將 .lib 檔案和標頭檔案複製到指定檔案目錄下匯入

#include "../lib/head.h" 					// 匯入靜態庫標頭檔案
#pragma comment(lib, "../lib/clib.lib") 	 // 使用 pragma 關鍵字設定庫路徑

需要注意，如果使用專案建立靜態庫檔案，之後新建專案測試庫檔案時，要將新建的專案設為啟動專案，否則程式會將庫檔案錯認為可執行檔案，導致報錯

有時我們需要使用 C 語言的靜態庫，但由於 C++ 編譯器會對函式進行“換名”，而 C 編譯器則不會，則當呼叫 C 語言靜態庫時會導致函式名無法識別，這時就需要使用 extern 宣告

extern "C" int add(int, int); 			// 以 C 編譯器方式編譯函式宣告
#pragma comment(lib, "../lib/clib.lib")  // 使用 pragma 關鍵字設定庫路徑

dll

dll 是 Windows 下的動態庫，它具有以下特點：

1. 執行時獨立存在
2. 原始碼不會連結到執行程式
3. 使用時載入（使用動態庫必須使動態庫執行）

動態庫變化後，如果庫中函式的定義（或地址）未變化，其它使用 DLL 的程式不需要重新連結。

動態庫資料存放

• DLL 檔案中存放函式名及其相對於檔案首地址的相對地址，還有函式原始碼資訊
• LIB 檔案中存放函式名及其編號，還有 DLL 檔名

需要注意：使用動態庫需要有 .dll 檔案和對應的 .lib 檔案，其中 .lib 不是靜態庫。

建立動態庫

• 建立動態庫專案
• 新增庫程式
• 匯出庫程式：提供給庫使用者函式資訊
  • 宣告匯出：使用 _declspec(dllexport) 匯出函式地址
    • 注意：動態庫編譯連結後，也會生成 LIB 檔案作為動態庫函式對映使用，通過 LIB 檔案可以連結到動態庫
  • 模組定義檔案 .def 匯出不改名的函式

//宣告匯出動態庫中的函式
//庫檔案
_declspec(dllexport) int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}
//宣告匯出會匯出改名的函式

//模組定義檔案匯出函式 .def
LIBRARY dll_name 	 //匯出的庫名
EXPORTS 			//庫匯出表
func_name1	@1		//匯出的函式1
func_name2	@2		//匯出的函式2
func_name3	@3		//匯出的函式3
   	...
//通過這種方式匯出函式，能夠得到不改名的函式

連結動態庫

隱式連結：作業系統負責使動態庫執行

• 標頭檔案和函式原型：在函式原型宣告前增加 _declspec(dllimport) ；如果宣告在標頭檔案中，需要使用 DLLCLASS_EXPORTS 巨集方法
• 匯入動態庫的 LIB 檔案
• 在程式中使用函式
• dll 存放路徑：
  • 與執行檔案同目錄（推薦）
  • 當前工作目錄
  • Windows 目錄
  • Windows/System32 目錄
  • Windows/System
  • 環境變數 PATH 指定目錄

// 匯入動態庫中的函式
_declspec(dllimport) int add(int, int);

// 通知連結器到 .lib 檔案中獲取函式編號和 .dll 檔名
#pragma comment(lib, "../lib/clib.lib")

顯式連結：程式設計師負責使動態庫執行

• 定義函式指標型別 typedef
• 載入動態庫 LoadLibrary
• 獲取函式地址 GetProcAddress
• 使用函式
• 解除安裝動態庫 FreeLibrary

我們需要通過以下函式實現

// 返回 DLL 例項控制代碼
HMODULE LoadLibrary(
    LPCTSTR lpFileName	// 動態庫檔名或全路徑
);

// 獲取函式地址
FARPROC GetProcAddress(
    HMODULE hModule,	// DLL 控制代碼
    LPCSTR lpProcName	// 函式名
);

//解除安裝動態庫
BOOL FreeLibrary(
    HMODULE hModule,	// DLL 控制代碼
);

最後給出顯式連結動態庫的示例：

//定義函式指標
typedef int (*ADD)(int, int);

int main()
{
    HINSTANCE hDll = LoadLibrary("CPPdll.dll");		// 載入動態庫
    ADD myAdd = (ADD)GetProcAddress(hDll, "add");	// 這裡使用模組檔案匯出方法，才能使用不改名的函式名為引數
    
    int sum = myAdd(5, 4);
    cout << "sum = " << sum << endl;
    
    FreeLibrary(hDll);							  // 解除安裝動態庫
    return 0;
}

動態庫中封裝類

在類名前增加 _declspec(dllexport) 定義，匯出類成員函式的相對地址，通常使用預編譯開關切換類的匯入匯出定義，例如

#ifdef DLLCLASS_EXPORTS
#define EXT_CLASS _declspec(dllexport)
#else
#define EXT_CLASS _declspec(dllimport)
#endif

如果定義了這一巨集，則定義匯出，否則定義匯入。通過這種方式，程式設計師在庫檔案中定義 DLLCLASS_EXPORTS 巨集，就可以使用匯出類；使用者只需要包含標頭檔案，就可以使用匯入類

// 匯入/匯出類
class EXT_CLASS CMath
{
	//...
    int sum(int a, int b);
    int sub(int a, int b);
};

a

a 檔案是 Ubuntu 下的靜態庫，其在主函式編譯時就將庫匯入

# 生成 .o 檔案
g++ swap.cpp -Iinclude -c

# 生成靜態庫 libSwap.a
ar rs libswap.a swap.o

# 連結靜態庫生成 main
g++ -o main.cpp -Lsrc -lswap main

# 執行main
./main

注意生成的靜態庫要有 lib 字首，使用時去掉 lib 字首

我們也可以生成 Windows 下的靜態庫檔案

ar rs swap.lib swap.o

so

so 檔案是 Ubuntu 下的動態庫，它不會直接編譯進主函式，需要在呼叫時新增。其中使用了 -fPIC 引數，這在 LAPACK 編譯過程中提到，它表示以相對地址來實現程式碼，從而使其可以載入到任意位置

# 生成動態庫 swap.so
g++ swap.cpp -Iinclude -fPIC -shared -o libswap.so
# 以上指令等價於
# gcc swap.cpp -Iinclude -c -fPIC
# gcc -shared -o libswap.so swap.o

# 連結動態庫生成main
g++ -o main.cpp -Lsrc -lswap main

# 執行 main，要將動態庫所在路徑新增到引數
LD_LIBRARY_PATH=src ./main

同樣可以生成 Windows 下的動態庫檔案

gcc -shared -o swap.dll swap.c