工具-靜態庫與動態庫

🎯 什麼情境該想到我

當你要決定「用靜態還是動態連結」，或遇到「執行期找不到 .so/.dll、版本衝突」時。

靜態庫（.a/.lib）：連結時把庫的程式碼打進執行檔。
- ✅ 部署簡單（單一檔、無外部依賴）、版本鎖定。
- ❌ 執行檔大、庫更新要重新編譯整個程式、多程式共用時記憶體重複。
動態庫（.so/.dll）：執行期才載入、多程式共享。
- ✅ 執行檔小、庫可獨立更新、記憶體共享。
- ❌ 部署要帶對版本、易遇「依賴地獄/版本衝突」、執行期才炸。

取捨：要部署省事/版本可控 → 靜態；要省空間/可熱更新庫 → 動態。容器時代常用靜態或把動態依賴一起打包。

「库其实是一组目标文件的包，就是一些最常用的代码编译成目标文件后打包存放。」（PDF p77）

.a 就是 ar 把一堆 .o 打包再加索引而已：ar -t libfoo.a 列出內容、ar -x 全部解出來（Windows 用 lib /LIST）。書中量測 libc.a 約 2.8 MB、含約 1400 個目標檔（p142–144）。

關鍵：連結器連靜態庫的粒度是「目標檔」，不是「函式」。 用到 printf() 就整個 printf.o 被拉進來——這就是為什麼執行庫刻意做成一個函式一個 .o，把「連進來卻沒用到」的浪費壓到最小（p147–148）。

相依還是遞迴的：printf.o 依賴 stdout（在 stdio.o）與 vfprintf（在 vfprintf.o），書中示範手動連結必然失敗（p144–145）。所以 gcc -static --verbose 揭露的真實連結行長這樣（p145–147）：

crt1.o crti.o crtbeginT.o your.o --start-group -lgcc -lgcc_eh -lc --end-group crtend.o crtn.o

這串 crt*.o 是什麼、順序為什麼不能亂，見工具-程式啟動與執行庫。

成本	細節
執行速度	跨模組資料與函式都要先定位 GOT 再間接定址。書中兩個口徑：整體損失「大约在 5% 以下」（p209）；另一處「靜態比動態快約 1%~5%」（p225）
啟動時間	啟動時要做符號查找與重定位。`.so` 越多、導入符號越多，啟動越慢；延遲綁定只是把它推遲，沒有消滅
PIC 的取捨	不加 `-fPIC` 只加 `-shared` → 走裝載時重定位，跑得快但程式碼段無法跨行程共享，動態連結最大的優勢就沒了（p214–215）。判斷指令：`readelf -d x.so \| grep TEXTREL`，有輸出就不是 PIC（p222）
錯誤延後	未定義符號可能在啟動時才爆，甚至延遲綁定下第一次呼叫該函式時才爆

反過來，動態庫的收益也不只是「省磁碟」——還包括減少實體頁面的換入換出、提高 CPU 快取命中率（p206–207）。

一條常被誤解的語義，值得單記（p222–224）：

兩個行程用同一個 .so，各自有獨立的資料段副本，互不影響；同一行程的兩個執行緒則共享。

-ffunction-sections / -fdata-sections（MSVC 是 /Gy）讓每個函式／變數各自成段，連結器就能只挑用到的（p138）。代價：編譯連結變慢、段數暴增。
— ⚠️ 書中只講了編譯器端把段切碎，沒講連結器端的死碼回收。實務上要自己補 -Wl,--gc-sections。
strip（或 -Wl,-s 去除所有符號／-Wl,-S 只去除錯符號）。書中說 strip 後檔案常只剩一半或更小（p272）。
極端案例作為量感：同一支程式靜態連結 glibc 約 538KB，換成書中手寫的 Mini CRT 只有 5083 bytes（p456–457）。

__attribute__((weak)) 讓庫提供的預設實作可被使用者的強符號覆寫；弱引用則讓「少連某個 .o 程式仍可連結，只是少了功能」（p117–119）。詳見工具-符號決議與重定位。

動態庫的「執行期才報錯」最難查；用工具（ldd/依賴檢視）先確認依賴齊全與版本相符。
不要跨庫邊界交換資源：不能在 A 庫 new／malloc 而在 B 庫 delete／free（分屬不同的堆）、不能跨庫傳 FILE*、不能共享 locale。「如果不违反上述规则，可能会使程序发生莫名其妙的错误并且很难发现」（p374–375）。這條在今天的 Rust/C++ FFI、Python C extension 依然是頭號地雷。
C++ 不適合當共享庫介面。 修飾規則、物件佈局、虛表、模板實例化、例外機制全算 ABI，標準又沒規範——換編譯器甚至換版本就連不起來。書中結論是「不要改变接口的任何部分或干脆不要使用 C++ 作为共享库接口」（p257）。要跨邊界就用純虛介面 + extern "C" 工廠函式。
靜態連結不只是體積差別。 書中給了一個硬證據：Windows 上靜態連結 CRT（/MT）沒有 DllMain，用 CreateThread 建執行緒時 _tiddata 無人釋放 → 每建一個執行緒漏一份，是教科書級的緩慢記憶體洩漏；動態連結 CRT（/MD）因為有 DllMain 就不會（p381–382）。解法是一律用 _beginthread(ex)/_endthread(ex)。
一個工程裡所有目標檔與 DLL 應使用同一版本的 CRT（p374–375）。混用會出現 LNK2005 already defined 或 LNK4098 defaultlib conflicts。