C++之静态库 vs 动态库

我将详细为你讲解 C++ 项目中使用 CMake 构建 静态库（Static Library） 和 动态库（Shared Library） 的区别、用法、配置方式以及它们的优缺点。

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一、静态库 vs 动态库：基本概念

特性	静态库（Static Library）	动态库（Shared Library）
文件扩展名	.a（Linux/Unix），.lib（Windows）	.so（Linux），.dll（Windows），.dylib（macOS）
链接时机	编译时链接（Link Time）	运行时链接（Runtime）
包含方式	被复制到最终可执行文件中	不复制，运行时动态加载
文件大小	可执行文件较大	可执行文件较小
内存占用	每个程序都有独立副本	多个程序可共享一份
更新方式	修改库需重新编译整个程序	替换库文件即可更新
启动速度	快（无需加载外部库）	稍慢（需加载库）

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二、CMake 中创建静态库和动态库

1. 基本语法

add_library(<name> [STATIC | SHARED | MODULE] <source_files>)

• STATIC：创建静态库
• SHARED：创建动态库
• 不指定类型时，由 BUILD_SHARED_LIBS 变量决定（推荐显式指定）

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2. 示例项目结构

project_root/
├── CMakeLists.txt
├── include/
│   └── math_utils.h
├── src/
│   └── math_utils.cpp
└── app/
    ├── main.cpp
    └── CMakeLists.txt

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3. 根目录 CMakeLists.txt

# CMake 最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)

# 项目名称
project(MathLibrary LANGUAGES CXX)

# 设置 C++ 标准
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

# 添加头文件路径（全局）
include_directories(include)

# 创建静态库
add_library(math_static STATIC
    src/math_utils.cpp
)

# 创建动态库
add_library(math_shared SHARED
    src/math_utils.cpp
)

# 设置目标属性（可选）
set_target_properties(math_static PROPERTIES OUTPUT_NAME "math")
set_target_properties(math_shared PROPERTIES OUTPUT_NAME "math")

# 导出头文件目录
target_include_directories(math_static PUBLIC include)
target_include_directories(math_shared PUBLIC include)

# 添加子目录（应用）
add_subdirectory(app)

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4. include/math_utils.h

#ifndef MATH_UTILS_H
#define MATH_UTILS_H

int add(int a, int b);
int multiply(int a, int b);

#endif

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5. src/math_utils.cpp

#include "math_utils.h"

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

int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

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6. app/main.cpp

#include <iostream>
#include "math_utils.h"

int main() {
    std::cout << "5 + 3 = " << add(5, 3) << std::endl;
    std::cout << "5 * 3 = " << multiply(5, 3) << std::endl;
    return 0;
}

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7. app/CMakeLists.txt

# 创建可执行文件
add_executable(app_main main.cpp)

# 链接静态库
target_link_libraries(app_main math_static)

# 或者链接动态库（二选一）
# target_link_libraries(app_main math_shared)

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三、编译与使用

1. 编译项目

mkdir build
cd build
cmake ..
make

生成的文件：

• libmath.a（静态库）
• libmath.so（动态库，Linux）
• app_main（可执行文件）

2. 使用动态库时的注意事项

Linux 下运行时找不到 .so 文件？

解决方法：

• 将 .so 文件放在系统库路径（如 /usr/lib），或
• 设置环境变量：

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
./app_main

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四、何时选择静态库 or 动态库？

场景	推荐类型	原因
发布独立可执行文件	静态库	无需依赖外部库
多个程序共享同一功能	动态库	节省内存，便于更新
希望快速部署	静态库	一键运行
插件系统	动态库（MODULE）	运行时加载
第三方库（如 OpenCV）	动态库	减小体积，避免重复编译

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五、高级技巧

1. 使用 BUILD_SHARED_LIBS 控制默认类型

set(BUILD_SHARED_LIBS ON)  # 默认生成 shared 库
add_library(mylib src.cpp) # 自动生成 .so 或 .dll

2. 导出库供其他项目使用

使用 install() 和 export 命令，生成配置文件供他人 find_package()。

install(TARGETS math_static math_shared
        LIBRARY DESTINATION lib
        ARCHIVE DESTINATION lib
        INCLUDES DESTINATION include)

install(FILES ${CMAKE_SOURCE_DIR}/include/math_utils.h
        DESTINATION include)

3. 跨平台兼容命名

set_target_properties(math_static PROPERTIES
    OUTPUT_NAME "math"
    PREFIX "lib"
    SUFFIX ".a"
)

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六、常见问题

❓ 静态库和动态库能同时存在吗？

✅ 可以！只要名字不同（如 math_static 和 math_shared），就可以共存。

❓ 动态库在 Windows 上是 .dll，怎么用？

• .dll 是运行时库
• .lib 是导入库（用于链接）
• CMake 会自动生成

❓ 如何只构建其中一个库？

使用 CMake 选项：

option(BUILD_SHARED "Build shared library" ON)
option(BUILD_STATIC "Build static library" ON)

if(BUILD_SHARED)
    add_library(math_shared SHARED src/math_utils.cpp)
    target_include_directories(math_shared PUBLIC include)
endif()

if(BUILD_STATIC)
    add_library(math_static STATIC src/math_utils.cpp)
    target_include_directories(math_static PUBLIC include)
endif()

调用时指定：

cmake -DBUILD_SHARED=OFF ..

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七、总结

类型	优点	缺点	适用场景
静态库	独立、启动快	体积大、更新难	小工具、嵌入式
动态库	节省内存、易更新	依赖管理复杂	大型项目、插件系统