Библиотека (программирование)

Библиоте́ка (от англ. library) в программировании — сборник подпрограмм или объектов, используемых для разработки программного обеспечения (ПО). С точки зрения операционной системы (ОС) и прикладного ПО, библиотеки разделяются на динамические и статические.

Термин «библиотека подпрограмм», по всей видимости, одними из первых упомянули Уилкс М., Уиллер Д., Гилл С. в качестве одной из форм организации вычислений на компьютере. Исходя из изложенного в их книге, под библиотекой понимался набор «коротких, заранее заготовленных программ для отдельных, часто встречающихся (стандартных) вычислительных операций».

Библиотеки для компилируемых языков

Динамические библиотеки

Динамическая библиотека — файл, содержащий машинный код. Загружается в память процесса загрузчиком программ операционной системы либо при создании процесса, либо по запросу уже работающего процесса, то есть динамически.

Расширения имен файлов динамических библиотек в разных ОС

Расширение	ОС	Расшифровка	Примечание
so	UNIX	англ. shared object
dylib	Mac OS	англ. dynamic library
library	AmigaOS		Хранятся в логическом томе Libs:
dll	Microsoft Windows, OS/2	англ. dynamic link library

В зависимости от назначения различают:

• Библиотеки, используемые одной программой и содержащие критические для работы программы функции. Недостаток: при отсутствии библиотеки программа не сможет работать;
• Библиотеки, используемые одной программой и содержащие дополнительные функции. Например, библиотеки плагинов используются для расширения функционала программы;
• Библиотеки общего пользования (англ. shared library). Содержат функции, используемые несколькими программами. Могут загружаться в адресное пространство ОС (англ. system library) для экономии памяти: одна копия библиотеки будет использоваться несколькими процессами. В силу последнего обстоятельства такие библиотеки нередко называют разделяемыми.

При написании программы программисту достаточно указать транслятору (компилятору или интерпретатору) путь к библиотеке и имя функции. Ни исходный текст функции, ни её исполняемый код в состав программы не войдут.

Достоинства:

• экономия памяти за счёт использования одной библиотеки несколькими процессами;
• возможность исправления ошибок (достаточно заменить файл библиотеки и перезапустить работающие программы) без изменения кода основной программы.

Недостатки:

• возможность нарушения API , — при внесении изменений в библиотеку существующие программы могут перестать работать (утратят совместимость по интерфейсу);
• конфликт версий динамических библиотек, — разные программы могут нуждаться в разных версиях библиотеки;
• доступность одинаковых функций по одинаковым адресам в разных процессах, — упрощает эксплуатацию уязвимостей (для решения проблемы изобретён pic (англ.)).

Статические библиотеки

Статическая библиотека — объектный файл в виде файла (нередко может быть поставлен вместе с исходным кодом), код из которого выборочно или полностью вставляется в программу на этапе компоновки.

Библиотеки, распространяемые в виде исходного кода, преобразуются транслятором в объектные файлы. Затем компоновщик соединяет объектные файлы библиотек и объектные файлы вашей программы в один исполняемый файл.

Например, в исходных текстах распространяются:

• библиотеки для языка Fortran;
• библиотека Boost для языка C++.

Библиотеки, распространяемые в виде объектных файлов, уже готовы к компоновке. Компоновщик выполняет соединение объектных файлов библиотек и объектных файлов вашей программы во время создания исполняемого файла.

Расширения объектных файлов статических библиотек в разных ОС.

Расширение	ОС
«a»	UNIX
«lib»	Microsoft Windows

Стандартные библиотеки многих компилируемых языков программирования (Fortran, Pascal, C, C++ и других) распространяются в виде объектных файлов.

Достоинства:

• все необходимые функции включаются в один исполняемый файл.

Недостатки:

• исполняемый файл занимает больше места на диске и в памяти, (если присоединяет код из объектных библиотечных файлов целиком, а не выборочно);
• при обнаружении ошибок в библиотеке требуется пересборка всех программ.

Библиотеки для интерпретируемых языков

Библиотека — файл, содержащий либо код на интерпретируемом языке, либо байт-код для виртуальной машины.

Например, библиотеки для языка Python могут распространяться либо в виде файлов с исходным кодом (расширение «py»), либо в виде файлов с байт-кодом (расширение «pyc», буква «c» от англ. compiled). Одной из библиотек для языка Python является Tkinter.

См. также

• Компоновщик
• Автосвязывание

Литература

• Николай Джосьютис. C++ Стандартная библиотека. Для профессионалов = The C++ Standart Library. A Tutorial and Reference. — СПб.: Питер, 2004. — 730 с. — ISBN 5-94723-635-4.