Статические и динамические библиотеки

Библиотека представляет собой набор подпрограмм, который позволяет коду этих подпрограмм использоваться в виде отдельных модулей. Исполняемые файлы и библиотеки создают взаимные ссылки в процессе т.н. «линковки» или связывания, который осуществляется редактором связей (linker).

В первом приближении, библиотеки можно разделить на статические и динамические.

Статические библиотеки являются набором объектных файлов и традиционно имеют расширение «.а» в UNIX - подобных ОС и «.lib» в Windows. Когда программа связывается со статической библиотекой, машинный код из объектных файлов для каждой используемой программой функции библиотеки копируется из библиотеки в конечный исполняемый файл.

В отличие от статических, в динамических библиотеках код библиотеки не прикрепляется к исполняемому файлу в время связывания. В зависимости от того когда и как осуществляется привязка подпрограмм по адресам, процесс связывания можно разделить на предварительное связывание, связывание на этапе загрузки, неявное связывание во время запуска и явное связывание во время запуска (prelinking, load time linking, implicit run-time linking,explicit run-time linking).

Самый непосредственный способ построения любой программы — это объединение исходных кодов всех функций, их компиляция и компоновка всех необходимых элементов в один исполняемый модуль. Чтобы упростить процесс сборки, такие функции общего назначения, как ReportError, можно поместить в библиотеку. Этот подход применялся во всех представленных до сих пор примерах программ, хотя и касался всего лишь нескольких функций, большинство из которых предназначались для вывода сообщений об ошибках.

Эта монолитная, одномодульная модель отличается простотой, однако обладает и рядом недостатков.

· Исполняемый модуль может разрастаться до больших размеров, занимая большие объемы дискового пространства и физической памяти во время выполнения и требуя дополнительных усилий для организации управления модулем и передачи его пользователям.

· При каждом обновлении потребуется повторная сборка всей программы, даже если необходимые изменения незначительны или носят локальный характер.

· Каждый исполняемый модуль тех программ в системе, которые используют эти функции, будет иметь свои экземпляры функций, версии которых могут различаться. Подобная схема компоновки приводит к тому, что при одновременном выполнении нескольких таких программ будет напрасно расходоваться дисковое пространство и, что намного существеннее, физическая память.

· Для достижения наилучшей производительности в различных средах может потребоваться использование различных версий программы, в которых применяются различные методики. Так, функция Asc2Un в программе 2.4 (atou) и программе 5.3 (Asc2UnMM) реализована по-разному. Единственный способ выполнения программ, имеющих несколько различных реализаций, — это заранее принять решение относительно того, какую из двух версий запускать, исходя из свойств окружения.

· Библиотеки DLL обеспечивают возможность элегантного решения этих и других проблем.

· Библиотечные функции не связываются во время компоновки. Вместо этого их связывание осуществляется во время загрузки программы (неявное связывание) или во время ее выполнения (явное связывание). Это позволяет существенно уменьшить размер модуля программы, поскольку библиотечные функции в него не включаются.

· DLL могут использоваться для создания общих библиотек (shared libraries). Одну и ту же библиотеку DLL могут совместно использовать несколько одновременно выполняющихся программ, но в память будет загружена только одна ее копия. Все программы отображают код DLL на адресные пространства своих процессов, хотя каждый поток будет иметь собственный экземпляр не разделяемого хранилища в стеке. Например, функция ReportError использовалась почти в каждом из приведенных ранее примеров программ, тогда как для всех программ было бы вполне достаточно ее единственной DLL - реализации.

· Новые версии программ или другие возможные варианты их реализации могут поддерживаться путем простого предоставления новой версии DLL, а все программы, использующие эту библиотеку, могут выполняться как новая версия без внесения каких бы то ни было дополнительных изменений.

· В случае явного связывания решение о том, какую версию библиотеки использовать, программа может принимать во время выполнения. Разные библиотеки могут быть альтернативными вариантами реализации одной и той же функции или решать совершенно иные задачи, как если бы они были независимыми программами. Библиотека выполняется в том же процессе и том же потоке, что и вызывающая программа.

Библиотеки DLL, иногда в ограниченном виде, используются практически в любой ОС. Так, в UNIX аналогичные библиотеки фигурируют под названием "разделяемых библиотек" (shared libraries). В Windows библиотеки DLL используются, помимо прочего, для создания интерфейсов ОС. Весь Windows API поддерживается одной DLL, которая для предоставления дополнительных услуг вызывает ядро Windows.

Один код DLL может совместно использоваться несколькими процессами Windows, но после его вызова он выполняется как часть вызывающего процесса или потока, Поэтому библиотека может использовать ресурсы вызывающего процесса, например дескрипторы файлов, и стек потока. Следовательно, DLL должны создаваться таким образом, чтобы обеспечивалась безопасная многопоточная поддержка (thread safety).

Понятие алгоритма и его свойства. Этапы моделирования. Виды алгоритмов и их реализация. Этапы полного построения алгоритмов. Правильность алгоритма. Реализация алгоритма. Принципы эффективных алгоритмов. Правила оформления текстов программ.

Понятие алгоритма

Алгоритм - точное предписание исполнителю совершить определенную последовательность действий для достижения поставленной цели за конечное число шагов.

Обычно формулируют несколько общих свойств алгоритмов, позволяющих отличать алгоритмы от других инструкций.

Такими свойствами являются:

· Дискретность (прерывность, раздельность) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего.

· Определенность – каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

· Результативность (конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

· Массовость – алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

На основании этих свойств иногда дается определение алгоритма, например: “Алгоритм – это последовательность математических, логических или вместе взятых операций, отличающихся детерминированностью, массовостью, направленностью и приводящая к решению всех задач данного класса за конечное число шагов”.