如果你的计算机用的是 windows 系统，那么库文件将遍布电脑的每一个角落。在 windows 上安装的任何一款软件，其中都一定包含有大量的 .dll 文件（下图为原神目录的部分截图）。

.dll 文件称为动态链接库，库包含了写好的，现有的，成熟的，可以复用的代码。作为程序员，需要懂得什么是库，如何生成和使用库，下面让我来一一讲解。

g++编译基础

也许你用过若干种 C++ 编译器，比如 Dev-C++，Visual Studio，这些编译器可以帮我们把写好的代码 .cpp 编译成可执行文件 .exe ，但事实上编译器只是帮我们输入了一句或多句命令，而这些命令就是我们理解文件编译和执行的关键。

我们将一句命令称为命令行，命令行可以在很多地方上执行，比如命令提示符cmd，比如VS-code的终端。如果想要把自己写好的 main.cpp 文件用命令行编译的话，只需要输入下列语句就可以了（记得切换到 main.cpp 的目录）:

g++  main.cpp  -o  main

执行上面这条语句之后，就会生成 main.exe 文件，这跟点击 Dev-C++ 的“编译”按钮是一样的。对于这条语句来说，g++ 表示执行 g++.exe 文件，它是用来编译 c++ 文件的；main.cpp 是要被编译的文件；-o 是一个选项，它可以指定生成的文件的名字，后面跟着的 main 就是指定的名字，g++ 会自动补全后面的 .exe，所以最后生成 main.exe，当然写 -o main.exe 也没问题。

想要执行 main.exe ，既可以双击执行，也可以用命令行 ./main 执行。

不过，相信大家多多少少有听过程序编译的一些规范和方法。从代码文件 .cpp 到可执行文件 .exe 其实会经过多个步骤，也会产生多个中间文件。我们重点考虑两个大步骤——编译和链接。

无论是C、C++，首先要把源文件编译成中间代码文件，因为 cpp 文件里面是字符，人能看懂，计算机可看不懂，首先要生成一个对应该 cpp 的能让计算机看得懂的二进制文件，即 Object File ，这个动作叫做编译（compile），然后再把大量的 Object File 合成可执行文件，这个动作叫作链接（link）。

于是，上面的g++ main.cpp -o main就可以拆成两句命令：

g++  -c  main.cpp

和

g++  main.o  -o  main

这两句命令分别对应了编译和链接，前者的-c选项就是让g++生成中间代码文件 main.o，后者则是把多个 .o 文件链接起来，这里只有一个 main.o，下文的介绍将会出现 3 个 .o 文件。

上面这两句命令是本文的核心，全文都会围绕这两句命令进行扩展。

后缀的解释

正常来说，我们将会接触到 6 种文件的后缀：.o，.a，.so，.obj，.lib，.dll，但其实只有 3 种文件，分别是中间代码文件、静态库文件、动态库文件，只不过这 3 种文件在 windows 系统和 linux 系统上的后缀不一样而已，在 windows 系统上可以兼容所有的 6 种后缀格式，但 linux 系统上只能用 3 种，这 6 种后缀的解释如下：

|windows|linux|文件类型|
|:-:|:-:|:-:|
|.obj|.o|中间代码文件|
|.lib|.a|静态库文件|
|.dll|.so|动态库文件|

简述静态库和动态库的异同

静态库和动态库都是“库”，库指的是多个中间代码文件的集合，也就是说，一个库包含多个 .o 或 .obj 文件，这些 .o 文件里面有可执行的代码。

静态库和动态库的区别在于链接步骤，静态库会在链接时全身心地参与构成可执行文件，链接静态库其实从某种意义上来说也是一种粘贴复制，因为静态库被链接后库就直接嵌入可执行文件中了，整个库的所有代码都会共同构成可执行文件 .exe，假如使用 1 个库生成了 100 个可执行文件，那么就会产生这个库的 100 个副本，这显然非常浪费空间，并且难以修改：一旦发现这个库中的某段代码有 bug，那么那 100 个副本都要修改，即重新生成所有的文件，非常麻烦。

而动态库是在程序运行时被链接的，而只在可执行文件中留下接口的信息（比如函数名），当可执行文件调用接口时，会执行动态库中的代码。这就好像超人给每个人留下了一张名片，上面有电话号码，当有人需要超人的帮助时，就拨打电话呼叫超人，这样既能让每个人都能随时得到超人的帮助，也不需要复制很多个超人，而大家只需要在自己家里放留一张名片，而不是留一个超人，非常的节省空间。

静态库和动态库各有优劣，复制多个副本不见得是坏事，比如你给不懂计算机的同学写一个很简单的程序，那使用静态库的话就可以只发一份可执行文件 .exe 到他电脑上，但如果使用动态库的话还需要把相关的动态库文件发过去，这是其中一方面的考虑。

下面将演示怎么生成和使用两种库，可以模仿着做一做噢！

先不使用库

让我们先创建 5 个用于演示的文件，分别是a.cpp、a.h、b.cpp、b.h、main.cpp，把他们放在同一个目录中，就像下图一样：

然后，再分别往里面填入非常非常非常简单的代码：
a.cpp:

#include <cstdio>

void apple(){
    printf("apple!\n");
}

a.h:

void apple();

b.cpp:

#include <cstdio>

void banana(){
    printf("banana!\n");
}

b.h:

void banana();

main.cpp:

#include "a.h"
#include "b.h"
#include <cstdio>

int main(){
    apple();
    banana();
    int a;
    scanf("%d",&a);
}

填入代码后记得保存，就像下图一样：

main.cpp 中加入scanf是为了在程序中加入阻塞，这样在双击运行 .exe 文件的时候就不会一闪而过。

然后，我们依次在输入以下 4 句命令行并执行，前 3 句是生成 3 个 .cpp 文件对应的 .o 文件，第4句是将 3 个 .o 文件链接成一个可执行文件。

g++  -c  a.cpp

g++  -c  b.cpp

g++  -c  main.cpp

g++  a.o  b.o  main.o  -o  main

每执行上面的一句命令行，都会在当前目录下生成一个新的文件，4句命令生成的文件分别是 a.o、b.o、main.o、main.exe，并且我们可以正常运行main.exe，输出的结果也是正常的，就像下图一样。

linux库（.a和.so）

当然，这一步也能在 windows 上做，是兼容的。

在上一步的代码中可以看出，main.cpp 使用了a.cpp和b.cpp里的函数，我们把它们分别编译成a.o和b.o，然后链接。但如果有 100 个这样的 .o 文件，且它们都起到类似的作用，我们就可以把这些 .o 文件集中在一个静态库 .a 文件中，就像用一个书包把很多本书装起来一样。

让我们先把前面生成的 main.exe删掉，然后执行下面的命令行：

ar  -crv  libfruit.a  a.o  b.o

执行完上面这句，会生成在当前目录中生成 libfruit.a 文件，我们就成功地将a.o和b.o放在了一个库中。ar是 linux 中用于生成静态库的工具，请一定要规范静态库的命名，前面以 lib 开头，后面以 .a 结尾，这是必须的。libfruit.a库的真正名字是中间的 fruit.

然后就可以链接这个库来生成可执行文件，让我们执行下面这条命令行：

g++  main.o  libfruit.a  -o  main

这局命令跟之前的g++ a.o b.o main.o -o main长得很像，只不过把a.o和b.o替换成了libfruit.a，执行完后一样会生成main.exe，并且也能正常执行，跟之前的链接命令产生了同样的效果！

不过请注意，我们一般不使用g++ main.o libfruit.a -o main这样的用法来链接，这句命令能成功的原因在于库文件就在当前目录下，而我们进行程序设计时，库文件往往放在比较遥远的某处，那再用这种语法来链接的话，每个库文件都要写上绝对路径，非常麻烦。所以我们会用下面的命令行来替代g++ main.o libfruit.a -o main

链接静态库的正宗语法是：

g++  main.o  -o  main  -L.  -lfruit

其中，-L后面跟路径，这样 g++ 就可以到那些目录里面搜索库文件，可以有多个-L，我们这里因为 libfruit.a 就在当前目录下，所以路径用.表示就够了，-l后面跟库名，这是 L 的小写，不是大写的 i，我们前面说过，静态库文件的命名方式是 lib + 库名 + .a，所以libfruit.a的库名是 fruit，g++会自动补齐文件名来寻找库文件，当需要链接多个库时，只需要加多个-l即可。

删掉静态库，不影响可执行文件的运行，这跟动态库有明显的区别。 我们可以试着删除libfruit.a，发现main.exe仍然能正常运行，下面我们来使用动态库。执行下面的命令行：

g++  -shared  -fPIC  -o  libfruit.so  a.o  b.o

动态库文件名命名规范和静态库文件名命名规范类似，也是在动态库名增加前缀lib，但其文件扩展名为 .so。执行上面这句命令行，就会在当前目录中生成动态库文件libfruit.so，然后我们就可以进行链接。有趣的地方是，链接动态库跟链接静态库的方法是一样的，于是，选择执行下面这两句命令行的其中的任意一句，都能生成main.exe

g++  main.o  libfruit.so  -o  main

g++  main.o  -o  main  -L.  -lfruit

让我们直观地感受一下动态库是怎么被使用的，运行 main.exe，记得之前在main.cpp之中有一个scanf函数吗，现在就发挥作用了，它将阻塞程序的运行，阻止程序结束。我们不做输入，让main.exe保持运行状态，然后打开资源监视器，资源监视器可以在任务管理器的“性能”一栏的下方打开，在 win10 中也可以直接在搜索栏中搜索资源监视器打开。

打开资源监视器之后，去到“CPU”一栏，在“进程”中找到“main.exe”，将其勾选（因为名称是按字典序排序的，所以其实很好找），勾选之后，在下方“关联的模块”中，就能看到跟 main.exe 关联的动态库文件，其中就有我们刚刚的libfruit.so，如下图：

除了libfruit.so之外，依赖的其他 .dll 动态库是跟头文件cstdio 有关的，不用太在意，不过这也正说明了，即使是简简单单的程序也不是独立运行的，绝大多数的程序，运行时都会依赖于库。

假如这时我们把 libfruit.so删除，则双击 main.exe 运行时，会报错，提示缺少 libfruit.so无法运行。

还有最后一个疑问，链接静态库和动态库的命令都是g++ main.o -o main -L. -lfruit，那假如同时存在静态库 .a 和动态库 .so 时，会链接哪一个呢？答案是会优先链接动态库，找不到动态库才链接静态库。

windows库（.lib和.dll）

讲完 linux 的静态库和动态库之后，windows 的库只是简单的换个后缀名而已，原理是一模一样的。windows 的静态库的后缀是 .lib，对应前面的 .a；windows 的动态库的后缀是 .dll，对应前面的 .so，下面就只需要单纯地介绍命令行的使用即可。

有一点不同的是，windows 的库不需要添加 lib 前缀，也就是说，库名为 fruit 的静态库文件名就是 fruit.lib，动态库文件名就是 fruit.dll，没有前缀 lib.

使用下面的命令行生成静态库文件：

lib  /OUT:fruit.lib  a.o  b.o

windows 是微软的东西，所以要下载微软的 Visual Studio 才能执行上面的命令行。在上面的语句中，lib指的是运行lib.exe，这是下载 Visual Studio 才有的，/OUT:fruit.lib是指定输出的静态库的文件名，后面跟的是要放进库中的代码文件。

跟 linux 一样，执行下面两句中的任意一句都能链接 fruit.lib 生成 main.exe。

g++  main.o  fruit.lib  -o  main

g++  main.o  -o  main  -L.  -lfruit

同样，删掉 fruit.lib 不影响 main.exe 的正常运行。

不过，想要正确生成 dll 动态库的话，我们不仅仅要在命令行中作修改，还要在源文件 .cpp 和 .h 中作修改。请在每个函数前加上 __declspec(dllimport)，具体看后面的截图。这是一种函数声明，具体原理比较复杂，先不在这里作解释。

执行下面的命令行可以生成动态库文件 fruit.dll:

g++  -shared  -fPIC  -s  -o  fruit.dll  a.o  b.o

执行下面两句的任意一句可以链接动态库 fruit.dll，生成可执行文件 main.exe：

g++  main.o  fruit.dll  -o  main

g++  main.o  -o  main  -L.  -lfruit

跟之前一样，在资源监视器中可以看到main.exe运行时依赖于动态库文件，且删掉fruit.dll之后无法正常运行。

结语

其实还有一个地方没有作对比，就是生成的可执行文件的大小。如果回去观察的话可以发现，使用静态库生成的main.exe会比使用动态库的要大，相差大概 30KB。

至此，静态库和动态库的生成和使用就基本介绍完毕，本文所用到的代码和命令行都是最基础最简单的那一种，不过也足够普通程序员掌握和使用了。代码库是一门很深的学问，本篇 blog 只是简要地介绍，如果对读者能有所帮助，那是我的莫大荣幸，希望你能喜欢。