动态链接与装载

复习

• 静态链接：拼成自包含的可执行文件
• 重定位：确定符号的最终地址
• 程序在内存里的样子：代码与数据

TL;DR

• 动态链接把库推迟到运行时才链接
• 可执行文件里只保留对共享库的引用
• 多个程序可以共享同一份库，节省内存
• 代价是运行时需要找到并加载库

正文

　　静态链接把所有库都“焊”进了可执行文件，代价是体积大、更新麻烦。动态链接换了个时间点：库不在生成可执行文件时链进去，而是等到程序运行时再链接。

推迟到运行时

　　动态链接的程序里，并不包含库函数的全部代码，只保留一个引用。真正把库“接上”的动作，发生在程序启动（或运行时）：操作系统把需要的共享库（比如 .so、.dll 这样的文件）加载进内存，再把程序里的引用指向库中的函数。

　　换句话说：

• 静态链接：编译时就把库连好，运行时不操心
• 动态链接：编译时只记“我需要它”，运行时才真正接上

省下了什么

　　动态链接的好处，正好补上静态链接的短板：

• 省空间：库在磁盘上只有一份，程序不必各带一份
• 省内存：多个程序运行时，可以共享内存中同一份库代码
• 更新方便：库修了 bug，换掉库文件，用它的程序就能享受修复，不必重新链接

　　这些正是它被广泛采用的原因。

代价：运行时依赖

　　但动态链接也带来了新的麻烦，最典型的就是依赖问题：

• 程序运行时找不到需要的库，就起不来
• 库的版本对不上，可能出现不兼容
• 启动时要花时间加载并解析引用

　　这也是为什么我们偶尔会遇到“缺少某个动态库文件”“版本不匹配”之类的报错——它们都是“运行时才链接”这份灵活所附带的成本。

之后就是“装载”

　　动态链接把“链接”推迟到了运行时，而真正把可执行文件放进内存、让它开始运行的动作，叫装载（loading）。加载共享库、把程序映射进内存、跳到入口开始执行……这些属于操作系统的职责。

　　所以，编译器的故事到这里，已经不可避免地走到了操作系统的门口。下一部分会打开编译器的最后一层——语言运行时；而更完整的“程序如何被装入并运行”，早在操作系统部分已经讲过。 现在，先看看高级语言背后还需要哪些隐藏的服务。

思考题 1

　　动态链接相比静态链接，省下了什么？

思考题 2

　　动态链接为什么可能带来“依赖／版本”问题？

小结

知识点

• 动态链接把库的链接推迟到运行时
• 可执行文件只保留对共享库的引用
• 好处是省空间、共享内存、便于更新
• 代价是运行时依赖与版本兼容问题

参考资料

1. Wikipedia(zh)：动态链接库：运行时才链接的共享库
2. Wikipedia(zh)：载入器：把程序装入内存并准备执行

思考题答案（仅供参考）

思考题 1

　　省下了磁盘与内存中的重复：库文件只存一份、多个程序运行时共享同一份库代码，不必各自携带；另外库更新也更方便，替换库文件即可让使用它的程序受益，无需重新链接。

思考题 2

　　因为链接推迟到了运行时：程序启动时必须能找到所需的共享库，若找不到就无法运行；而且库的版本若与程序期望的不一致，还可能产生不兼容。这些运行时依赖正是动态链接灵活性的代价。

协议

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设计师 | 南国微雪