河北建设厅录入业绩的网站,如何做亚马逊国外网站,简单的品牌创意设计公司,君通网站怎么样第三方库是工程开发必不可少的部分#xff0c;而第三方库可以是.a和.framework的静态库#xff0c;也可以是.framework的动态库#xff0c;其中静态库是最常用的方式。 静态库往往比较大#xff0c;可在打包到可执行文件之后#xff0c;对安装包大小的增加远远小于静态库本…第三方库是工程开发必不可少的部分而第三方库可以是.a和.framework的静态库也可以是.framework的动态库其中静态库是最常用的方式。 静态库往往比较大可在打包到可执行文件之后对安装包大小的增加远远小于静态库本身的Size。 那么就产生两个问题1、静态库里面存在什么内容2、静态链接到可执行文件后为什么体积变小 本文就以.framework的静态库来分析具体情况。 正文
1、framework静态库的打包
新建工程选择Cocoa Touch Framework再到Build Settings选择Mach-O Type为Static Library然后build出来目标文件就是framework静态库。
2、framework静态库的内容
按照上面的步骤打包出来的LYTestKit.framework具体的内容如下 Headers为头文件plist文件和Modules文件夹是一些描述文件LYTestKit为Mach-O binary文件LYTestKit占了静态库99%的体积。 4、静态链接的过程
静态连接就是把静态链接库中的文件链接到可执行文件中整个过程由链接器负责。 链接过程分为两步
1、空间和地址分配扫描所有的目标文件获得各个段的长度、属性、位置信息并把所有的符号定义以及引用收集起来放到全局的符号表中。通过所有段的长度计算和合并后的长度和位置并建立映射关系2、符号解析和重定位使用上一步收集到的信息读取文件中段的数据和重定位信息进行符号解析和重定位。 静态库链接过程体积变小的答案
framework静态库在链接之后体积会急剧减少原因有几个 1、用于链接的信息被剔除比如说类引用、函数名等字符信息中的函数名字等在链接时会放入链接表用于查找地址但不打入二进制文件 2、调试用的信息比如符号串、代码行号等不会打入二进制包而是额外生成符号表 3、Xcode默认在release下会用fastest的优化选项 滑动验证页面
静态链接下可执行文件的生成
目标文件分成了三段代码段数据段符号表那么在静态链接下可执行文件的生成过程如图所示 从上图中我们可以看到可执行文件的特点
可执行文件和目标文件一样也是由代码段和数据段组成。每个目标文件中的数据段都合并到了可执行文件的数据段每个目标文件当中的代码段都合并到了可执行文件的代码段。目标文件当中的符号表并没有合并到可执行文件当中因为可执行文件不需要这些字段。
可执行文件和目标文件没有什么本质的不同可执行文件区别于目标文件的地方在于可执行文件有一个入口函数这个函数也就是我们在C语言当中定义的main函数main函数在执行过程中会用到所有可执行文件当中的代码和数据。
而这个main函数是被谁调用执行的呢答案就是操作系统(Operating System)这也是后面文章当中要重点介绍的内容。 静态链接是使用库的最简单最直观的形式 从静态链接生成可执行文件的过程中可以看到静态链接会将用到的目标文件直接合并到可执行文件当中想象一下如果有这样的一种静态库几乎所有的程序都要使用到也就是说生成的所有可执行文件当中都有一份一模一样的代码和数据这将是对硬盘和内存的极大浪费假设一个静态库为2M那么500个可执行文件就有1G的数据是重复的。如何解决这个问题呢答案就是使用动态库。 动态库
从名字中我们知道动态库也是库本质上动态库同样包含我们已经熟悉的代码段、数据段、符号表。只不过动态库的使用方式以及使用时间和静态库不太一样。
在前面几个小节中我们知道使用静态库时静态库的代码段和数据段都会直接打包copy到可执行文件当中使用静态库无疑会增大可执行文件的大小同时如果程序都需要某种类型的静态库比如libc使用静态链接的话每个可执行文件当中都会有一份同样的libc代码和数据的拷贝如图所示动态库的出现解决了此类问题。 动态库允许使用该库的可执行文件仅仅包含对动态库的引用而无需将该库拷贝到可执行文件当中。也就是说同静态库进行整体拷贝的方式不同对于动态库的使用仅仅需要可执行文件当中包含必要的信息即可为了方便理解你可以将可执行文件当中保存的必要信息仅仅理解为需要记录动态库的名字就可以了如图所示同静态库相比动态库的使用减少了可执行文件的大小。 动态链接
我们知道静态库在编译链接期间就被打包copy到了可执行文件也就是说静态库其实是在编译期间(Compile time)链接使用的那么动态库又是在什么时候才链接使用的呢动态链接可以在两种情况下被链接使用分别是load-time dynamic linking(加载时动态链接) 以及 run-time dynamic linking(运行时动态链接)接下来我们分别讲解一下。
1load-time dynamic linking(加载时动态链接) 首先可能有的同学会问什么是load-time呢load_time翻译过来也就是加载时那么什么又是加载呢 我们大家都玩过游戏当我们打开游戏的时候经常会跳出来一句话“加载中请稍后。。。”和这里的加载意思差不多。这里的加载指的是程序的加载而所谓程序的加载就是把可执行文件从磁盘搬到内存的过程因为程序最终都是在内存中被执行的。至于这个过程的详解内容我会在接下来的文章《加载器与可执行文件》一文中给大家详细讲解。在这里我们只需要简单的把加载理解为程序从磁盘复制到内存的过程加载时动态链接就出现在这个过程。
当把可执行文件复制到内存后且在程序开始运行之前操作系统会查找可执行文件依赖的动态库信息(主要是动态库的名字以及存放路径)找到该动态库后就将该动态库从磁盘搬到内存并进行符号决议(关于符号决议参考符号决议一节)如果这个过程没有问题那么一切准备工作就绪程序就可以开始执行了如果找不到相应的动态库或者符号决议失败那么会有相应的错误信息报告为用户程序运行失败。比如Windows下比较常见的启动错误问题就是因为没有找到依赖的动态库。Linux下同样会有类似信息提示用户程序启动失败。 到这里同学们应该对加载时动态链接应该有一个比较清晰的了解了。从总体上看加载时动态链接可以分为两个阶段阶段一将动态库信息写入可执行文件阶段二加载可执行文件时依据动态库信息进行动态链接。
阶段一将动态库信息写入可执行文件 在编译链接生成可执行文件时需要将使用的动态库加入到链接选项当中比如在Linux下引用libMath.so就需要将libMath.so加入到链接选项当中比如libMath.so放到了/usr/lib下那么使用命令 gcc ... -lMath -L/user/lib ... 进行编译链接所以使用这种方式生成的可执行文件中保存了依赖的动态库信息在Linux可使用一个简单的命令ldd来查看。
阶段二加载可执行文件时依据动态库信息进行动态链接 由于在阶段一生成的可执行文件中保存了动态库信息当可执行文件加载完成后就可以依据此信息进行中动态库的查找以及符号决议了。
通过这个过程也可以清楚的看到静态库和动态库的区别使用动态库的可执行文件当中仅仅保留相应信息动态库的链接过程被推迟到了程序启动加载时。
为加深你对加载时动态链接这个过程的理解我们用一个类比来结束本小节沿用前几节读书的例子我们正在读的书中引用了《码农的荒岛求生》以及其它著作那么加载时动态链接就好比读者开始准备读这本书的时候还没有真正的读就把所有该书当中引用的资料著作都找齐放到一旁准备查看当我们真正看到引用其它文献的地方时就可以直接在一旁找到该著作啦。在这个类比当中开始读书前的准备工作就好比加载时动态链接。
2 接下来我们讲解第二种动态链接run-time dynamic linking(运行时动态链接) 。 run-time dynamic linking(运行时动态链接) 上一小节中我们看到如果我们想使用加载时动态链接那么在编译链接生成可执行文件阶段时需要告诉编译器所依赖的动态库信息而run-time dynamic linking 运行时动态链接则不需要在编译链接时提供动态库信息也就是说在可执行文件被启动运行之前可执行文件对所依赖的动态库信息一无所知只有当程序运行到需要调用动态库所提供的代码时才会启动动态链接过程。
我们在上一节中介绍了load-time也就是程序加载时那么程序加载完成后就开始程序执行了那么所谓run-time(运行时)指的就是从程序开始被CPU执行到程序执行完成退出的这段时间。
所以运行时动态链接这种方式对于“动态链接”阐释的更加淋漓尽致因为可执行文件在启动运行之前都不知道需要依赖哪些动态库只在运行时根据代码的需要再进行动态链接。同加载时动态链接相比运行时动态链接将链接这个过程再次推迟往后推迟推迟到了程序运行时。
由于在编译链接生成可执行文件的过程中没有提供所依赖的动态库信息因此这项任务就留给了程序员在代码当中如果需要使用某个动态库所提供的函数我们可以使用特定的API来运行时加载动态库在Windows下通过LoadLibrary或者LoadLibraryEx在Linux下通过使用dlopen、dlsym、dlclose这样一组函数在运行时链接动态库。当这些API被调用后同样是首先去找这些动态库将其从磁盘copy到内存然后查找程序依赖的函数是否在动态库中定义。这些过程完成后动态库中的代码就可以被正常使用了。
相对于加载时动态链接运行时动态链接更加灵活同时将动态链接过程推迟到运行时可以加快程序的启动速度。
为了和加载时动态链接作比对我们继续使用上一小节当中读书的例子加载时动态链接就好比在开始准备读一本书之前将该书中所有引用到的资料文献找齐全而运行时动态链接则不需要这个过程运行时动态链接就好比直接拿起一本书开始看看到有引用的参考文献时再去找该资料找到后查看该文献然后继续读我们的书。从这个例子当中运行时动态链接更像是我们平时读书时的样子。
至此两种动态链接的形式我们就都已经清楚了接下来我们看一下动态链接下生成的可执行文件。
动态链接下可执行文件的生成
在静态链接下链接器通过将各个目标文件的代码段和数据段合并拷贝到可执行文件因此静态链接下可执行文件当中包含了所依赖的所有代码和数据而与之对比的动态链接下可执行文件又是什么样的呢 其实我们在动态库这一节中已经了解了动态链接下可执行文件的生成即在动态链接下链接器并不是将动态库中的代码和数据拷贝到可执行文件中而是将动态库的必要信息写入了可执行文件这样当可执行文件在加载时就可以根据此信息进行动态链接了。为方便理解我们将该信息仅仅认为是动态库都名字真实情况当然要更复杂一点这里我们以Linux下可执行文件即ELF文件为例这一系列的文章重点关注最本质的原理思想所以这里讨论的同样适合Windows下的可执行文件即exe文件。 在前几节中我们将可执行文件简单的划分为了两段数据段和代码段在这里我们继续丰富可执行文件中的内容如图所示在动态链接下可执行文件当中会新增两段即dynamic段以及GOTGlobal offset table段这两段内容就是是我们之前所说的必要信息。 dynamic段中保存了可执行文件依赖哪些动态库动态链接符号表的位置以及重定位表的位置等信息。关于dynamic以及GOT段的作用限于篇幅就不重点阐述了。如果你对GOT段的具体作用很好奇的话欢迎关注微信公共账号码农的荒岛求生。 当加载可执行文件时操作系统根据dynamic段中的信息即可找到使用的动态库从而完成动态链接。
这里需要强调一点在编译链接过程中可以同时使用动态库以及静态库。这两种库的使用并不冲突那么在这种情况下生成的可执行文件中可执行文件中包含了静态库的数据和代码以及动态库的必要信息。
至此关于静态库静态链接动态库动态链接就讲述到这那么接下来的问题就是静态库和动态库都有什么样的优缺点。
动态库vs静态库
在计算机的历史当中最开始程序只能静态链接但是人们很快发现静态链接生成的可执行文件存在磁盘空间浪费问题因为对于每个程序都需要依赖的libc库在静态链接下每个可执行文件当中都有一份libc代码和数据的拷贝为解决该问题才提出动态库。
在前几节我们知道动态链接下可执行文件当中仅仅保留动态库的必要信息因此解决了静态链接下磁盘浪费问题。动态库的强大之处不仅仅于此我们知道对于现代计算机系统比如PC通常会运行成百上千个程序进程且程序只有被加载到内存中才可以使用如果使用静态链接那么在内存中就会有成百上千份同样的libc代码这对于宝贵的内存资源同样是极大的浪费而使用动态链接内存中只需要有一份libc代码所有的程序进程共享这一份代码因此极大的节省了内存资源这也是为什么动态库又叫共享库。
动态库还有另外一个强大之处那就是如果我们修改了动态库的代码我们只需要重新编译动态库就可以了而无需重新新编译我们自己的程序因为可执行文件当中仅仅保留了动态库的必要信息重新编译动态库后这些必要都信息是不会改变的只要不修改动态库的名字和动态库导出的供可执行文件使用的函数编译好新的动态库后只需要简单的替换原有动态库下一次运行程序时就可以使用新的动态库了因此动态库的这种特性极大的方便了程序升级和bug修复。我们平时使用都客户端程序比如我们常用QQ输入法播放器都利用了动态库的这一优点原因就在于方便升级以bug修复只需要更新相应的动态库就可以了。
动态库的优点不止于此我们知道动态链接可以出现在运行时run-time dynamic link动态链接的这种特性可以用于扩展程序能力那么如何扩展呢你肯定听说过一样神器没错就是插件。你有没有想过插件是怎么实现的实现插件时我们只需要实现几个规定好的几个函数我们的插件就可以运行了可这是怎么做到的呢答案就在于运行时动态链接可以将插件以动态的都方式实现。我们知道使用运行时动态链接无需在编译链接期间告诉链接器所使用的动态库信息可执行文件对此一无所知只有当运行时才知道使用什么动态库以及使用了动态库中哪些函数但是在编译链接可执行文件时又怎么知道插件中定义了哪些函数呢因此所有的插件实现函数必须都有一个统一的格式程序在运行时需要加载所有插件动态库然后调用所有插件的入口函数统一的格式这样我们写的插件就可以被执行起来了。
动态库都强大优势还体现在多语言编程上。我们知道使用Python可以快速进行开发但Python的性能无法同C/C相比(因为Python是解释型语言至于什么是解释型语言我会在后面码农的荒岛求生系列文章当中给大家详细讲解)有没有办法可以兼具Python的快速开发能力以及C/C的高性能呢答案是可以的我们可以将C/C代码编译链接成动态库这样python就可以直接调用动态库中的函数了。不但PythonPerl以及Java等都可以通过动态库的形式调用C/C代码。动态库的使用使得同一个项目不同语言混合编程成为可能而且动态库的使用更大限度的实现了代码复用。
了解了动态库的这么多优点那么动态库就没有缺点吗当然是有的。
首先由于动态库是程序加载时或运行是才进行链接的因此同静态链接相比使用动态链接的程序在性能上要稍弱于静态链接这时因为对于加载时动态链接这无疑会减慢程序都启动速度而对于运行时链接当首次调用到动态库的函数时程序会被暂停当链接过程结束后才可以继续进行。且动态库中的代码是地址无关代码Position-Idependent CodePIC之所以动态库中的代码是地址无关代码是因为动态库又被成为共享库所有的程序都可以调用动态库中的代码因此在使用动态库中的代码时程序要多做一些工作这里我们不再具体展开讲解到底程序多做了哪些工作对此感兴趣当同学可以参考CSAPP深入理解计算机系统。这里我们说动态链接的程序性能相比静态链接稍弱但是这里的性能损失是微乎其微的同动态库可以带来的好处相比我们可以完全忽略这里的性能损失同学们可以放心的使用动态库。
动态库的一个优点其实也是它的缺点即动态链接下的可执行文件不可以被独立运行这里讨论的是加载时动态链接load-time dynamic link换句话说就是如果没有提供所依赖的动态库或者所提供的动态库版本和可执行文件所依赖的不兼容程序是无法启动的。动态库的依赖问题会给程序的安装部署带来麻烦在Linux环境下尤其严重以笔者曾参与开发维护的一个虚拟桌面系统为例我们在开发过程中依赖的一些比较有名的第三方库默认不会随着安装包发布这就会导致用户在较低版本Linux中安装时经常会出现程序无法启动的问题原因就在于我们编译链接使用都动态库和用户Linux系统中都动态库不兼容。解决这个问题的方法通常有两种一个是用户升级系统中都动态库另一个是我们讲需要都第三方库随安装包一起发布当然这是在取得许可的情况下。
在了解了动态库的优缺点后接下来我们来看一下静态库。
静态链接是最古老也是最简单的链接技术。静态链接都最大优点就是使用简单编译好的可执行文件是完备的即静态链接下的可执行文件不需要依赖任何其它的库因为静态链接下链接器将所有依赖的代码和数据都写入到了最终的可执行文件当中这就消除了动态链接下的库依赖问题没有了库都依赖问题就意味着程序都安装部署都得到了极大都简化。请大家不要小看这一点这对当今那些拥有海量用户的后端系统来说至关重要比如类似微信这种量级的系统其后端会部署在成千上万台机器上这么多的机器其系统的安装部署以及升级会给运维带来极大挑战而静态链接下的可执行文件由于不依赖任何库因为部署非常方便仅仅用一个新的可执行文件进行覆盖就可以了因此极大的简化了系统部署以及升级。笔者之前所在的某电商广告后端系统就完全使用静态链接来简化部署升级。
而静态库的缺点相信大家都已经清楚了那就是静态链接会导致可执行文件过大且多个程序静态链接同一个静态库的话会导致磁盘浪费的问题。
到这里关于静态库和动态库的讨论就告一段落了相信大家对于这两种链接类型都有了清晰都认知。接下来让我们稍作休息开始链接器的下一个重要功能重定位。
