为什么静态库和动态库链接时会有所不同？

静态库是一个包含一组*.o文件的存档。每个文件都可以包含对未定义符号的引用，这些符号必须由链接器解析，例如，你的库可能对printf有一个引用。库对printf的位置并没有提供任何指示，期望链接器在要链接的其他库中找到它。

假设你的库包含以下代码：

read_png.o

write_png.o

read_jpg.o

write_jpg.o

resize_image.o

handle_error.o

如果一个应用程序只使用read_png和write_png，那么其他代码片段将不会加载到可执行文件中（除了handle_error，它被read_png和write_png调用）。

我们不能在运行时加载静态库，因为：

- 链接器不知道如何找到外部对象，例如printf。

- 这将会很慢。动态库经过了优化，以实现快速加载。

- 静态库没有命名空间的概念。我不能定义自己的handle_error，因为它会与库的定义冲突。

动态库在ELF系统上与可执行文件是相同类型的对象。它还导出更多的符号，一个可执行文件只需导出_start。动态库经过优化，整个库可以直接映射到内存中。

如果你的动态库中有一个对printf的调用，除了静态库的要求外，还有一些额外的要求：

- 你必须指定哪个库有printf。

- 你必须以一种特殊的方式调用函数，以让链接器插入printf的地址。在静态库中，链接器可以直接修改你的代码并插入地址，但对于共享库来说，这是不可能的。

我们不想使用动态库进行静态链接的原因是：

- 我们无法只链接动态库的一部分。即使我们的可执行文件从未调用read_jpg，它也会被包含进来，因为动态库是全包或不包的。

- 函数调用的额外开销是浪费的，即使它很小。

编译过程大致如下：

源代码 ==编译==> 目标文件 ==链接==> 可执行文件/共享库

静态库是一个尚未链接的对象的存档。还有很多工作要做。

动态库是一个链接好的最终产品，准备加载到内存中。

静态库是首先发明的。如果两者同时发明，它们可能会更加相似。

你真的是指这个吗：We can't load a static library at runtime because: The linker doesn't know where to find external objects, e.g., printf.... 这里有些拼写错误吗？你想说的是loader而不是linker吗？

不，链接器是正确的。动态链接器，在Linux上是ld.so，在OS X上是dyld，负责在运行时解析符号。（不，我不是想说“加载时间”）

静态链接库和动态链接库的区别是出现在链接过程中。静态链接库将外部函数的代码包含在库文件中，而动态链接库则在库文件中包含了对外部函数的引用。

这种区别的原因是因为在目标文件中，编译器会生成对外部函数的隐式引用，但这些引用在链接过程中并未解析。当目标文件被链接成动态链接库时，链接器会查找所有这些外部引用，并找到能够满足这些引用的静态或动态链接库。对于静态链接库中的函数，链接器会将函数体（或其他内容）包含在动态链接库中，而对于动态链接库，链接器会在动态链接库中包含被引用的函数的名称和库文件的名称。

从根本上说，并没有必要这样做。理论上，每次加载文件时，都可以编写加载器来完成这些操作。这实际上只是一种优化方式：链接器完成了相对较慢的部分任务。对于动态链接库的引用被保留下来，但它们已经解析到了一个程度，使得加载器能够相对较快地找到和加载目标文件（如果需要的话），并解析被引用的函数。当链接器正在执行其工作时，它会通过扫描长列表来查找您关心的定义，这会导致速度相对较慢。

为什么静态库和动态库在连接时有所不同？

静态库和动态库之间的区别在于它们的连接方式和可执行性。静态库包含一组目标文件，每个目标文件通常由一个源文件创建，包含机器码以及有关代码所需数据的信息。在连接步骤中，链接器将选择所需的目标文件，并将它们合并为一个可执行文件。

机器码的一个重要部分是跳转、调用和数据指针必须包含实际的内存地址。然而，如果一个目标文件需要调用另一个目标文件中的函数，它只能使用一个符号来引用该函数。当链接器将目标文件组合成可执行代码时，符号引用将被解析并转换为实际的内存地址。

动态库是可以加载到内存并立即执行的可执行代码。在某些操作系统上，可能还需要将代码重新定位，即将可执行代码移动到另一个位置，这需要将代码中的所有绝对地址按固定量进行偏移。这个操作仍然比链接器进行的目标文件合并和符号解析快得多。

总结一下：

- 静态库包含使用符号引用其他可执行代码的可执行代码片段

- 动态库（和可执行文件）包含现在位于固定位置的可执行代码，使得符号可以被真实的内存地址替换

如果你曾经尝试过链接一个相当大的项目，你会注意到它需要相当长的时间，可能比你愿意等待启动一个应用程序的时间还要长。这就解释了为什么不能执行静态库。而动态库已经经过优化和剥离，不包含除可执行代码以外的任何内容，这使它们不适合作为静态库使用。

关于不能执行静态库的问题，这涉及到编译器和链接器之间的重要区别。对于编译后的代码能够调用其他文件中的函数，它需要跳转（或者说调用）的内存地址。然而，当编译器执行时，它并不知道这些内存地址；它使用符号来代替。实际上，将符号替换为地址的工作是链接器的任务。更多信息可以参考这个问题。简而言之，你可以在运行链接器之后执行静态库，但动态库已经完成了这个过程。