Static dan Dynamic Libraries

Chapter Linking dan Symbols menutup dengan sepotong janji: linker tidak hanya menyambung object file milik kita sendiri, ia juga bisa menarik simbol dari kumpulan kode yang sudah dikemas rapi — library. Pada Chapter ini kita wujudkan janji itu dengan tangan sendiri: mengemas modul matematika yang sudah kita bangun pada Chapter Header dan Source Files menjadi static library .a, lalu menjadi dynamic library .so, me-link program pemakainya ke keduanya, dan menjalankan hasilnya sungguhan. Dengan itu, tawaran -l yang sering Anda lihat di panduan kompilasi — -lmatematika, -lfmt, -lboost_system — akhirnya berhenti menjadi teka-teki.

Dua Rasa Library #

Sebelum praktik, luruskan istilahnya. Library adalah arsip berisi satu atau lebih object file beserta indeks simbolnya — persis bahan yang sudah kita kenal, hanya dikemas untuk dipakai ulang. Ada dua rasa: static library (.a di Linux) disalin utuh ke dalam executable saat link, sehingga program jadi mandiri; dynamic library (.so) tidak disalin — executable hanya mencatat kebutuhannya, dan kode library dimuat saat program berjalan. Keduanya dibuat dari object file yang sama; yang membedakan hanya cara pengemasan dan saat kode itu diikat ke program.

Kita mulai dari bahan mentahnya — modul matematika yang sudah lama kita kenal:

#include <vector>

// Deklarasi (prototype): implementasinya ada di matematika.cpp
int tambah(int a, int b);
int kali(int a, int b);
double rataRata(const std::vector<int>& nilai);

// Fungsi kecil satu baris: inline, boleh langsung didefinisikan di header
inline int kuadrat(int x) {
    return x * x;
}

#include "matematika.h"

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

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

double rataRata(const std::vector<int>& nilai) {
    if (nilai.empty()) {
        return 0.0;
    }
    double total = 0.0;
    for (int n : nilai) {
        total += n;
    }
    return total / nilai.size();
}

#include <iostream>
#include <vector>
#include "matematika.h"

int main() {
    std::cout << "8 + 5 = " << tambah(8, 5) << "\n";
    std::cout << "8 x 5 = " << kali(8, 5) << "\n";
    std::cout << "9 kuadrat = " << kuadrat(9) << "\n";

    std::vector<int> nilai {80, 75, 90};
    std::cout << "Rata-rata = " << rataRata(nilai) << "\n";
    return 0;
}

Membuat Static Library dengan ar #

Bahan pertama adalah object file biasa — persis seperti pada Chapter Separate Compilation. Kemudian tool ar (archiver) mengemasnya menjadi arsip .a dengan opsi rcs: r memasukkan file, c membuat arsip bila belum ada, s menulis indeks simbol yang dibutuhkan linker:

g++ -std=c++23 -Wall -Wextra -c matematika.cpp
ar rcs libmatematika.a matematika.o
ar t libmatematika.a
ls -l libmatematika.a | awk '{print $5, $9}'

Output yang Dihasilkan:

matematika.o
7372 libmatematika.a

Perhatikan konvensi penamaannya yang wajib diikuti: lib + nama + .a, sehingga libmatematika.a dipanggil lewat flag -lmatematika — linker yang menambahkan awalan lib dan akhiran .a sendiri. Sekarang link program pemakai ke library tadi: -L. menambahkan folder sekarang ke daftar tempat mencari library, dan -lmatematika meminta library itu:

g++ -std=c++23 -Wall -Wextra utama.cpp -L. -lmatematika -o utama-statis
./utama-statis

Output yang Dihasilkan:

8 + 5 = 13
8 x 5 = 40
9 kuadrat = 81
Rata-rata = 81.6667

Hasilnya identik dengan versi yang kita link langsung dari matematika.cpp — dan memang seharusnya: static library hanyalah kemasan untuk object file yang sama. Kode tambah, kali, dan rataRata kini tertubuh di dalam utama-statis; program itu tidak butuh libmatematika.a lagi saat dijalankan.

Membuat Dynamic Library dengan -fPIC -shared #

Versi dinamis butuh satu persiapan: kode harus dikompilasi sebagai position-independent code (-fPIC) — machine code yang bekerja tanpa peduli alamat mana ia dimuat, karena lokasi di memori baru diketahui saat program berjalan. Pengemasnya bukan ar melainkan opsi linker -shared:

g++ -std=c++23 -Wall -Wextra -fPIC -c matematika.cpp
g++ -shared matematika.o -o libmatematika.so
ls -l libmatematika.so | awk '{print $5, $9}'

Output yang Dihasilkan:

16552 libmatematika.so

Perintah link pemakainya sama persis dengan versi statis — -L. -lmatematika. Kita jalankan dengan satu tambahan: LD_LIBRARY_PATH=. memberi tahu dynamic loader untuk juga mencari library di folder sekarang, karena folder proyek bukan lokasi standar library sistem:

g++ -std=c++23 -Wall -Wextra utama.cpp -L. -lmatematika -o utama-dinamis
LD_LIBRARY_PATH=. ./utama-dinamis
ldd utama-dinamis | awk '{print $1}'

Output yang Dihasilkan:

8 + 5 = 13
8 x 5 = 40
9 kuadrat = 81
Rata-rata = 81.6667
linux-vdso.so.1
libmatematika.so
libstdc++.so.6
libgcc_s.so.1
libc.so.6
libm.so.6
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2

ldd — yang sudah kita pakai pada Chapter Proses Kompilasi dan Linking — membuktikan perbedaannya: libmatematika.so kini terdaftar sebagai dependensi runtime utama-dinamis, sejajar dengan libstdc++.so.6 dan teman-temannya. Hapus atau ganti file .so itu, dan program tadi menolak berjalan.

Kapan Memilih Mana #

Satu catatan praktis dari eksperimen kita: sebelum membuat .so kita menghapus libmatematika.a terlebih dulu. Pasalnya, bila keduanya ada dengan nama sama, linker memilih .so secara bawaan — perilaku yang nyata ini sering membuat orang heran kenapa perubahannya tidak terasa. Adapun pertimbangan memilih di proyek nyata:

Rule of thumb yang sehat untuk pemula: static untuk kemudahan distribusi, dynamic untuk pemakaian luas — pustaka sistem seperti libstdc++ dinamis justru karena dipakai ribuan program sekaligus. Seluk-beluk menyebarkan hasil build ini kita dalami pada Section Deployment dan Distribusi.

Sekarang kita bisa mengemas dan me-link library dengan tangan. Tetapi bayangkan proyek dengan puluhan file: mengulang urutan -c, ar, dan link setiap kali satu baris berubah bukan pekerjaan manusia. Chapter berikutnya menyodorkan penyelesaiannya yang sudah berumur hampir setengah abad: make dan Makefile.

Referensi: Link Options di dokumentasi GCC .