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^[1]^[2]. Исходя из изложенного в их книге, под библиотекой понимался набор «коротких, заранее заготовленных программ для отдельных, часто встречающихся (стандартных) вычислительных операций»^[3].

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.^[4]

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^[5]);
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^[6] 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^[7] (расширение «pyc», буква «c» от англ. compiled). Одной из библиотек для языка Python является Tkinter.^[8]

См. также

Примечания

↑ Wilkes M. V., Wheeler D. J., Gill S. Preparation of programs for an electronic digital computer. — Addison-Wesley, 1951.
↑ Уилкс М., Уиллер Д., Гилл С. «Составление программ для электронных счётных машин». Издательство иностранной литературы, 1953
↑ Волченскова, Надежда Ивановна, Технология многомашинной реализации и жизнеобеспечения библиотек подпрограмм вычислительной математики на языке Фортран, автореферат к диссертации, 1984 (неопр.). Дата обращения: 9 октября 2012. Архивировано 3 мая 2012 года.
↑ Савельев А.М. ПРИМЕНЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКИ TRANLIB ДЛЯ РАСЧЕТА ТРАНСПОРТНЫХ СВОЙСТВ РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ (рус.) // Журнал "АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ". — 2019.
↑ Robert Elder. Интерфейсы — важнейшая концепция в разработке ПО. — 2020. Архивировано 6 марта 2021 года.
↑ jsmanifest. Компоновщик в JavaScript. — 2020. Архивировано 11 сентября 2020 года.
↑ Компиляция файлов python Архивная копия от 6 февраля 2021 на Wayback Machine. Документация языка Python на сайте docs.python.org.
↑ БУХАРОВ Т.А., НАФИКОВА А.Р., МИГРАНОВА Е.А. Обзор языка программирования PYTHON и его библиотек (рус.) // COLLOQUIUM-JOURNAL. — 2019.

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.

[1] Wilkes M. V., Wheeler D. J., Gill S. Preparation of programs for an electronic digital computer. — Addison-Wesley, 1951.

[2] Уилкс М., Уиллер Д., Гилл С. «Составление программ для электронных счётных машин». Издательство иностранной литературы, 1953

[3] Волченскова, Надежда Ивановна, Технология многомашинной реализации и жизнеобеспечения библиотек подпрограмм вычислительной математики на языке Фортран, автореферат к диссертации, 1984 (неопр.). Дата обращения: 9 октября 2012. Архивировано 3 мая 2012 года.

[4] Савельев А.М. ПРИМЕНЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКИ TRANLIB ДЛЯ РАСЧЕТА ТРАНСПОРТНЫХ СВОЙСТВ РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ (рус.) // Журнал "АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ". — 2019.

[5] Robert Elder. Интерфейсы — важнейшая концепция в разработке ПО. — 2020. Архивировано 6 марта 2021 года.

[6] jsmanifest. Компоновщик в JavaScript. — 2020. Архивировано 11 сентября 2020 года.

[7] Компиляция файлов python Архивная копия от 6 февраля 2021 на Wayback Machine. Документация языка Python на сайте docs.python.org.

[8] БУХАРОВ Т.А., НАФИКОВА А.Р., МИГРАНОВА Е.А. Обзор языка программирования PYTHON и его библиотек (рус.) // COLLOQUIUM-JOURNAL. — 2019.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]