静态链接库和动态链接库

一、前言

在跟着滴水学习PE结构的时候，接触到了静态链接和动态链接的知识。但是那时并没有做笔记，有也只是杂乱的（是啊！为什么不写博客啊？？？）。如今学习Android逆向时，也需要了解这方面的知识，趁着这个机会写一篇文章记录一下。

1.1 编译过程

先来了解一下程序的编译过程（借用菜鸟教程的图片）：

从我们编写好的源文件开始，先经过预编译、编译、汇编，得到了.o文件（或.obj文件），这类文件是二进制文件。之后在链接过程，会将我们源文件对应的.obj文件与源文件所需要的静态链接库（.lib、.o）或动态链接库（.dll、.so）合并，形成了我们常见的可执行文件（如.exe、.elf文件）。静态链接库和动态链接库的区别就在于链接过程中是如何合并的。

二、静态链接库

2.1 概念

静态链接库在Windows平台下是.lib文件，在Linux平台下是.a文件。

静态链接库是一种资源的集合，包括函数、变量、类等，程序通过与其链接，调用库中的资源。在链接的时候，静态链接库会将自身完整复制到程序中，这样就使得程序可以独立运行，无需依赖外部库文件。但这样做也导致了一些问题，比如最终的可执行文件非常大、静态链接库更新则依赖于该库的所有程序都需要重新编译、多个程序使用同一个静态库会在内存中重复加载等。

2.2 Windows平台下创建与使用静态链接库

lib项目的编写比较简单，参照官方文档来就是了。

然后是使用lib时的一些配置。这部分在官方文档的在应用中使用静态库的功能处。官方用的是比较简单的方法，一个添加引用，一个添加引用库的路径就可以了。

我这里改变了一下方法，并没有使用“添加引用”，这个想法是基于后面的使用动态库的配置，步骤如下：

  1. 首先将 lib 的.h头文件的所在路径添加到使用该lib项目的属性页 -> C/C++ -> 常规 -> 附加包含目录。这一步是为了能够使用头文件（库函数）。

  2. 然后是将lib文件的文件名添加到使用该lib项目的属性页 -> 链接器 -> 输入 -> 附加依赖项。

    接下来需要在使用该lib项目的属性页 -> 链接器 -> 常规 -> 附加库目录处，添加lib文件的所在路径。

（因为是写完dll配置后尝试的，图片的话就参考后面的3.2 Windows平台下创建与使用动态链接库吧）

以上完成后，就可以成功的使用lib文件了。

2.3 Linux平台下创建与使用静态链接库

代码同上，编写好后执行指令生成.o文件。

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g++ -c StaticMath.cpp(cpp文件名)

注意带参数-c，否则直接编译为可执行文件。然后，通过ar工具将目标文件打包成.a静态库文件

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ar -crv libstaticmath.a(.a文件名任意) StaticMath.o(生成的.o文件名)

这一步就会生成我们所需要的静态库。接下来是编写使用案例（代码同上），编写好了之后执行以下命令

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g++ TestStaticLibrary.cpp -I ./StaticLibrary -L ./StaticLibrary -lstaticmath -o TestStaticLibrary.out

其中 -I 用于指定头文件搜索路径，-L 用于指定库文件搜索路径，-l 用于指定静态库或共享库文件（不需要lib前缀和.a后缀，编译器查找动态连接库时有隐含的命名规则，即在给出的名字前面加上lib，后面加上.a或.so来确定库的名称），-o用于指定生成的可执行文件的名称，默认情况下会生成一个名为 a.out 的可执行文件。

因为我在测试的时候，TestStaticLibrary.cpp和静态库项目并没有放在同一个目录下，如果不加-I参数，可能会报错

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TestStaticLibrary.cpp:1:10: fatal error: StaticMath.h: No such file or directory
    1 | #include "StaticMath.h"
      |          ^~~~~~~~~~~~~~
compilation terminated.

最后执行生成的.out文件，结果如下

三、动态链接库

3.1 概念

动态链接库在Windows平台下是.dll文件，在Linux平台下是.so文件。

与静态链接库相同的是，动态链接库也是一种资源的集合，包括函数、变量和类等资源。

但是动态链接库在链接的时候，并不会把自身复制到可执行程序中，而是把对动态链接库的引用信息放在可执行文件中，以指示程序在运行时需要加载的动态链接库。在程序运行时，操作系统会根据这些引用信息来动态加载并链接动态链接库，使得程序可以调用其中的函数和使用其中的数据。

这样做的优点，比如动态链接库的代码在内存中是共享的，可以被多个程序同时使用。但也有缺点，如果缺少所需的.dll文件，则可执行文件无法运行。

3.2 Windows平台下创建与使用动态链接库

dll项目编译后，会生成.lib、.dll文件。.lib文件是一个辅助文件，它包含了与动态链接库相关的一些信息，包括函数名、符号名以及函数在dll中的偏移等，主要作用是在编译期间提供引用信息，以便编译器能够正确地解析和链接动态链接库。

创建dll文件比较简单，但需要注意在函数名前面加上extern "C" __declspec(dllimport)。

  • extern "C"用于告诉编译器将代码按照 C 语言的规则进行链接。因为 C++ 在编译过程中会对函数名进行重载和名称修饰，导致函数名在编译后变成了不同的形式。而动态链接库对外暴露的函数名通常是使用 C 语言的命名规则，为了确保正确链接，需要使用extern "C"来告诉编译器使用 C 语言的链接规则。

  • __declspec(dllimport)用于显式地指示编译器该函数是从dll 文件中导入的。使用__declspec(dllimport)修饰的函数表示该函数在编译时是从外部的dll 文件中引入的，而不是当前编译的源文件中定义的。这样，在链接阶段，编译器会根据该关键字生成正确的导入表，并在运行时动态加载对应的 DLL 文件。

这一部分的编写跟着官方文档走就行了。

这里主要说一下使用.dll文件时所需要的设置。

  1. 首先将 dll 的.h头文件的所在路径添加到使用该dll项目的属性页 -> C/C++ -> 常规 -> 附加包含目录，这一步的设置跟静态链接库一样。是为了能够使用头文件（库函数）。（这一步在官方文档的将 DLL 标头添加到包含路径处）

  2. 然后是将lib文件的文件名（以项目名命名的，我还傻乎乎的填.c的文件名）添加到使用该dll项目的属性页 -> 链接器 -> 输入 -> 附加依赖项，

    现在只是告诉链接器在编译时需要使用到这个lib文件，但是还没有告诉链接器去哪里找这个lib文件，所以接下来需要在使用该dll项目的属性页 -> 链接器 -> 常规 -> 附加库目录处，添加lib文件的所在路径（奇怪，这个lib文件怎么在使用dll项目的路径下？？？）

    （以上在官方文档的将 DLL 导入库添加到项目中处）

  3. 最后是将dll文件复制到使用该dll的项目中，在该项目的属性页 -> 生成事件 -> 生成后事件 -> 命令行中添加指令：

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    xcopy /y /d dll所在路径 "$(OutDir)"

    （这一步在官方文档的在生成后事件中复制 DLL处）

以上完成后，就可以愉快地使用自己写的dll了。

3.3 Linux平台下创建与使用动态链接库

编写好so项目后，执行命令生成.o文件。

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g++ -fPIC -c DynamicMath.cpp(cpp文件名)

其中-fPIC用于创建与地址无关的编译程序，是为了能够在多个应用程序间共享。

之后，执行命令生成动态库

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g++ -shared -o libdynmath.so(.a文件名任意) DynamicMath.o(生成的.o文件名)

其中-shared用于生成动态链接库。

编写使用案例，执行下列命令，引用动态库编译成可执行文件（跟静态库方式一样）。

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g++ TestDynamicLibrary.cpp -I ./DynamicLibrary -L ./DynamicLibrary -ldynmath -o TestDynamicLibrary

接下来需要将生成的so文件复制到/usr/lib目录下（在root模式下）。

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sudo cp ./DynamicLibrary/libdynmath.so /usr/lib

否者报错如下

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./TestDynamicLibrary: error while loading shared libraries: libdynmath.so: 
cannotopen shared object file: No such file or directory

找不到libdynmath.so，那为什么会这样呢？

原因是在Linux系统下，程序通过以下方式定位so文件：

  1. 默认搜索路径：系统会在一组默认的目录中搜索动态共享库，包括 /lib, /usr/lib, /lib64, /usr/lib64 等等。
  2. 环境变量LD_LIBRARY_PATH：程序可以通过设置环境变量 LD_LIBRARY_PATH 来指定额外的动态共享库搜索路径。系统会在该环境变量所指定的路径中搜索动态共享库。
  3. rpath/rpath-link：程序可以在编译时通过 -Wl,-rpath 或 -Wl,-rpath-link 选项指定运行时搜索动态共享库的路径。这些路径会被保存在可执行文件的 ELF 头部中，并在程序运行时生效。
  4. 缓存文件：Linux系统还维护了一个动态共享库的缓存文件，通常是 /etc/ld.so.cache。该文件记录了系统中可用的动态共享库的位置，加快了库的搜索速度。

所以最简单的方式是将so文件复制 /lib, /usr/lib等目录下。最终执行效果如下

四、总结

库是一种资源的集合，包括函数、变量、类等，程序可以通过与其链接来调用库中的资源。由于链接的方式的不同，可以分为静态链接库和动态链接库，静态链接库在编译阶段将自身复制到可执行文件中，这样一来可执行文件就可以独立运行；而动态链接库则是将引用信息复制到可执行文件中，可执行文件通过这些引用信息来动态加载动态链接库，这样一来可执行文件就不能独立运行。

参考：

演练：创建并使用静态库 (C++) | Microsoft Learn

演练：创建和使用自己的动态链接库 (C++) | Microsoft Learn

【Visual Studio】创建并使用静态库(.lib) 松库本库的博客-CSDN博客

【Visual Studio】创建并使用动态链接库(C++)_松库本库的博客-CSDN博客

C++静态库与动态库 | 菜鸟教程 (runoob.com)

#静态库 #动态库
静态链接库和动态链接库
http://example.com/2023/07/26/Android安全/静态链接库和动态链接库/
作者
gla2xy
发布于
2023年7月26日
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