第五章：动态链接

发表于 2024-03-21 更新于 2025-10-28 分类于读书笔记

第五章：动态链接

5.1 为什么要动态链接

静态链接的缺点

静态链接存在以下问题：

空间浪费
更新困难
内存占用大

示例代码：

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

#include <stdio.h>

extern int add(int a, int b);
extern int subtract(int a, int b);

int main() {
    printf("10 + 5 = %d\n", add(10, 5));
    printf("10 - 5 = %d\n", subtract(10, 5));
    return 0;
}

编译和链接命令：

# 创建静态库
gcc -c static_lib.c -o static_lib.o
ar rcs libstatic.a static_lib.o

# 静态链接
gcc static_main.c -L. -lstatic -o static_program

# 查看文件大小
ls -l static_program

动态链接的优势

动态链接的优点：

节省空间
便于更新
共享内存

示例代码：

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

#include <stdio.h>

extern int add(int a, int b);
extern int subtract(int a, int b);

int main() {
    printf("10 + 5 = %d\n", add(10, 5));
    printf("10 - 5 = %d\n", subtract(10, 5));
    return 0;
}

编译和链接命令：

# 创建动态库
gcc -shared -fPIC dynamic_lib.c -o libdynamic.so

# 动态链接
gcc dynamic_main.c -L. -ldynamic -o dynamic_program

# 查看文件大小
ls -l dynamic_program

5.2 动态链接的实现

动态链接的基本实现

动态链接的基本步骤：

加载动态库
符号解析
重定位

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>

int main() {
    // 加载动态库
    void *handle = dlopen("./libdynamic.so", RTLD_LAZY);
    if (!handle) {
        fprintf(stderr, "dlopen failed: %s\n", dlerror());
        return 1;
    }

    // 获取函数指针
    int (*add)(int, int) = dlsym(handle, "add");
    int (*subtract)(int, int) = dlsym(handle, "subtract");

    if (!add || !subtract) {
        fprintf(stderr, "dlsym failed: %s\n", dlerror());
        dlclose(handle);
        return 1;
    }

    // 调用函数
    printf("10 + 5 = %d\n", add(10, 5));
    printf("10 - 5 = %d\n", subtract(10, 5));

    // 关闭动态库
    dlclose(handle);
    return 0;
}

编译和运行命令：

# 编译
gcc dl_demo.c -ldl -o dl_demo

# 运行
./dl_demo

动态链接的细节

动态链接的细节包括：

符号解析
重定位
延迟绑定

示例代码：

#include <stdio.h>

extern int add(int a, int b);
extern int subtract(int a, int b);

int main() {
    // 第一次调用会触发延迟绑定
    printf("First call: 10 + 5 = %d\n", add(10, 5));
    
    // 第二次调用直接使用已解析的地址
    printf("Second call: 10 + 5 = %d\n", add(10, 5));
    
    return 0;
}

编译和运行命令：

# 编译
gcc lazy_binding.c -L. -ldynamic -o lazy_binding

# 运行
./lazy_binding

动态链接的优化

动态链接的优化技术：

符号预解析
共享库缓存
延迟加载

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>

int main() {
    // 使用 RTLD_NOW 进行预解析
    void *handle = dlopen("./libdynamic.so", RTLD_NOW);
    if (!handle) {
        fprintf(stderr, "dlopen failed: %s\n", dlerror());
        return 1;
    }

    // 预解析所有符号
    int (*add)(int, int) = dlsym(handle, "add");
    int (*subtract)(int, int) = dlsym(handle, "subtract");

    if (!add || !subtract) {
        fprintf(stderr, "dlsym failed: %s\n", dlerror());
        dlclose(handle);
        return 1;
    }

    // 调用函数
    printf("10 + 5 = %d\n", add(10, 5));
    printf("10 - 5 = %d\n", subtract(10, 5));

    dlclose(handle);
    return 0;
}

编译和运行命令：

# 编译
gcc optimize_dl.c -ldl -o optimize_dl

# 运行
./optimize_dl

实践练习

动态库创建实验

# 创建动态库
cat > libmath.c << EOL
int add(int a, int b) { return a + b; }
int subtract(int a, int b) { return a - b; }
EOL

gcc -shared -fPIC libmath.c -o libmath.so

# 查看动态库信息
readelf -d libmath.so

动态链接实验

# 创建主程序
cat > main.c << EOL
#include <stdio.h>
extern int add(int a, int b);
extern int subtract(int a, int b);

int main() {
    printf("10 + 5 = %d\n", add(10, 5));
    printf("10 - 5 = %d\n", subtract(10, 5));
    return 0;
}
EOL

# 编译和链接
gcc main.c -L. -lmath -o math_program

# 运行程序
LD_LIBRARY_PATH=. ./math_program

延迟绑定实验

# 查看延迟绑定信息
objdump -R math_program

# 使用 strace 跟踪动态链接过程
strace ./math_program

思考题

动态链接相比静态链接有哪些优势？
动态链接的基本实现步骤是什么？
什么是延迟绑定？它有什么作用？
如何优化动态链接的性能？
动态链接可能带来哪些问题？

参考资料

《程序员的自我修养：链接、装载与库》
动态链接器文档
ELF 文件格式规范
GNU Binutils 文档
System V ABI