リンカーの仕組み、静的リンクと動的リンクの違い、動的リンクライブラリの作成方法と使用方法

2024-07-08

リンカはプログラム開発において重要な役割を果たし、複数のオブジェクトファイルとライブラリファイルを実行可能ファイルに統合します。リンカーの仕組み、静的リンクと動的リンクの違い、ダイナミックリンクライブラリの作成方法と使用方法について説明する前に、まずリンカーの基本機能の概要を説明します。

リンカ これは、1 つまたは複数のオブジェクトファイルとライブラリファイルを実行可能ファイルに結合するツールです。その主な機能は次のとおりです。

シンボルの解析 : プログラム内のすべてのシンボル (関数および変数の名前) を識別して処理し、各シンボルが一意の定義を持つようにします。参照されているが定義されていないシンボル (外部シンボル) の場合、リンカは提供されたライブラリまたは他のオブジェクトファイルで定義を探します。
リセット : 各モジュールのコードおよびデータアドレスを最終的なメモリアドレスに調整します。再配置には、コード内のアドレス修正と、すべての参照が正しいメモリ位置を指すようにするためのデータセグメントの位置調整が含まれます。
セグメントを結合する: 異なるターゲットファイルからの同じタイプのセグメント (コードセグメント、データセグメントなど) を 1 つの連続したセグメントにマージします。
処理ライブラリ : プログラムが必要とするライブラリコードをオブジェクトファイルにリンクします。リンカは、静的ライブラリと動的ライブラリの 2 種類のライブラリを処理できます。
実行可能ファイルを生成する: 最終出力は、オペレーティングシステム上で実行できる実行可能ファイルです。

静的リンク そしてダイナミックリンク これらはリンカーの 2 つの動作モードであり、それぞれに異なる特性と使用シナリオがあります。

コンセプト : 静的リンクでは、ライブラリコードはコンパイル時にコピーされ、それを使用するすべての実行可能ファイルに埋め込まれます。このようにして、生成された実行可能ファイルには必要なコードがすべて含まれており、外部ライブラリファイルに依存しません。
アドバンテージ：
- 強い独立性: 生成された実行可能ファイルにはすべての依存関係が含まれており、実行時に追加のライブラリファイルは必要ありません。
- 優れた互換性: ランタイムはシステムにインストールされているライブラリのバージョンに依存せず、「ライブラリバージョンの競合」の問題が発生しません。
欠点がある：
- ファイルサイズが大きい: 各実行可能ファイルには完全なライブラリコードが含まれているため、ファイルサイズが大きくなります。
- 更新の問題: ライブラリが更新されると、そのライブラリを使用するすべてのプログラムを再コンパイルする必要があります。
静的ライブラリ拡張：
- ウィンドウズ： .lib
- Linux: .a

コンセプト : 動的リンクでは、ライブラリコードは実行時にロードされ、実行可能ファイルには埋め込まれません。実行可能ファイルにはライブラリへの参照のみが含まれており、ライブラリコードは実行時にオペレーティングシステムによってロードされます。
アドバンテージ：
- ファイルサイズが小さい: 実行可能ファイルにはライブラリコードは含まれず、ライブラリへの参照のみが含まれます。
- 更新が簡単: ライブラリを更新するにはプログラムを再コンパイルする必要はなく、ライブラリファイルを置き換えるだけです。
- 高いメモリ効率: 複数のプログラムが同じライブラリファイルのメモリインスタンスを共有できるため、メモリ使用量が削減されます。
欠点がある：
- 強力な依存関係: 実行可能ファイルは、実行時に正しいバージョンのライブラリファイルを見つけてロードできる必要があります。
- 互換性の問題: ライブラリファイルのバージョンが一致しないと、プログラムが失敗する可能性があります。
動的ライブラリ拡張：
- ウィンドウズ： .dll（ダイナミックリンクライブラリ）
- Linux: .so（共有オブジェクト）

オペレーティングシステムが異なると、ダイナミックリンクライブラリの作成方法が若干異なります。一般的な手順とコマンドをいくつか示します。

ライブラリコードを書く：

ダイナミックライブラリに配置する関数を含む C ソースファイルを作成します。

// example.cpp
#include

技術共有