静的ライブラリ.aとオブジェクトファイル.oの違いがわからない

Question

静的ライブラリとオブジェクトファイルの違いがよくわかりません。
いろいろとウェブ上で検索すると、

静的ライブラリはオブジェクトファイルをまとめたもの

というような説明がよくあるのですが、オブジェクトファイルとの違いは何なのでしょうか。

あるプロジェクトで一つのCのソースファイルに対応する形で静的ライブラリ（.aファイル）が存在しているのですが、このような場合はオブジェクトファイルとの違いはないのでしょうか？

hoge.c
hoge.h
hoge.a
fuga.c
fuga.h
huga.a

上記のような形になっている場合、.aファイルは必ずしも複数のオブジェクトファイルをまとめたものとは言えないと思うのですが。。。
ご教示いただけますと幸いです。よろしくお願いいたします。

Answer 1

main.c

int main(void) { hoge(); }

hoge.c

void hoge(void) { puts("hoge"); }

fuga.c

void fuga(void) { puts("fuga"); }

.o ファイルを作る

$ gcc -c main.c hoge.c fuga.c

.a ファイルを作る

$ ar r hoge.a hoge.o
$ ar r fuga.a fuga.o

実行ファイルを作る

$ gcc -o main1 main.o hoge.o fuga.o

実行ファイルを作る

$ gcc -o main2 main.o hoge.a fuga.a

main1 は、不要な fuga.o もリンクされてサイズが大きくなっています。
main2 は、hoge.o しかリンクされていません。

hoge.o を fuga.o を一つの libhg.a にまとめておけば、
gcc -o main main.o libhg.a だけで、必要な .oファイルだけがリンクされます。

Comments

[Ykkykk]

詳しくお教えいただきありがとうございます。
通常はお示しくださったように、複数のオブジェクトファイルをまとめておくために使用するということですね。
ありがとうございます！

Answer 2

以下参考情報です。Ubuntu 19.04くらいでやってみた結果だけ貼っときます。

lib.h

extern int add(int left, int right);
extern int sub(int left, int right);

lib.c

#include "lib.h"

int add(int left, int right)
{
        return left + right;
}

int sub(int left, int right)
{
        return left - right;
}

main.c

#include "lib.h"

int main()
{
        return add(1,2);
}

上記を用意し、下記を実行

user@user-pc:~/c/tmp2$ gcc -c lib.c
user@user-pc:~/c/tmp2$ gcc -c main.c
user@user-pc:~/c/tmp2$ gcc -o linkwithobject main.o lib.o
user@user-pc:~/c/tmp2$ ar r libsample.a lib.o
user@user-pc:~/c/tmp2$ gcc -o linkwithlib main.o -L. -lsample
user@user-pc:~/c/tmp2$ ls -lAF linkwith*
-rwxrwxr-x 1 user user 16432 11月 20 16:29 linkwithlib*
-rwxrwxr-x 1 user user 16432 11月 20 16:28 linkwithobject*
user@user-pc:~/c/tmp2$ cmp linkwith*
user@user-pc:~/c/tmp2$ ls -lAF lib.o libsample.a 
-rw-rw-r-- 1 user user 1328 11月 20 16:27 lib.o
-rw-rw-r-- 1 user user 1476 11月 20 16:28 libsample.a
user@user-pc:~/c/tmp2$ objdump -t linkwithobject | egrep -e '(sub|add)'
000000000000113a g     F .text  0000000000000014              add
000000000000114e g     F .text  0000000000000012              sub
user@user-pc:~/c/tmp2$ 

Comments

[dameo]

なんかややかぶり気味なのを書いちゃいました。
不要なら見なくていいです笑

[Ykkykk]

詳しくお教えいただきありがとうございます。
こちらはサイズが異なることを例示してくださったということでしょうか？？？

[dameo]

解説を入れておきますか…
同じオブジェクトを直接リンクする場合と、静的ライブラリにしてからリンクする場合の生成物の違いを見ています。
結論から言うと生成物には1バイトも違いがなかったということになります。
対象となるオブジェクトには関数が2つ(addとsub)入っていますが、main.cからはaddのみ使用しています。
生成物にはaddもsubも両方入っていました。
あとはおっしゃるとおり、元のオブジェクトと静的ライブラリはサイズ的に異なるということです。

Answer 3

どのようなプロジェクトなのでしょう。Windows上のMinGWでしょうか。それともLinux上でgccなどでしょうか。いずれにせよ 1つの*.c ファイルにつき1つの*.aファイルとは、私自身は初めて見る提供形態ですね。どういう意図があったのか、掴みかねています。

一般的に静的ライブラリは「libHoge.a」のように頭に「lib」がつくファイル名で、gccのコマンドラインオプションで -lHogeなどと指定してリンクできるようにします。そういうファイル名でもないので、あるいは後で自分でひとつの静的ライブラリにまとめてもらうことも想定しているのでしょうか。(arコマンドでまとめることができます）

Comments

[Ykkykk]

ご回答いただきありがとうございます。
社内で作成されているプロジェクトでgccを使っているようです。また、.aファイル自体はMakefileの中で作成されているようです。
そのような場合は.aファイルと.oファイルは同じものと理解しても問題ないのでしょうか？

[dodox86]

いえ、あくまで静的ライブラリは複数の*.oを含めてリンク時にそれぞれ必要な*.oを取り出せるようにした書庫ファイルと捉えるべきですし、そうであれば管理用の付帯情報もつくでしょうから、同じものとして扱ってはだめでしょう。バイナリレベルで同じかどうかは、cmpコマンドなりdiff -b なり fc /b なりで比較してください。

[Ykkykk]

基本的にはご回答いただいたような形で複数のオブジェクトファイルをまとめたものだという理解だったのですが、一つのソースファイルに一つの.aファイルがあるためよくわかりませんでした。
たとえ一対一で対応していたとしてもその.aファイルには一つのオブジェクトファイルが入っているということですね。。。
ありがとうございます！

[dodox86]

> 一対一で対応していたとしてもその.aファイルには一つのオブジェクトファイルが入っているということですね。。。
そうですね。静的ライブラリ*.aは、1個以上の*.oから構成される(つまり、1つだけでも良い)と言うことです。

[Ykkykk]

詳細にお教えいただきありがとうございます！

Answer 4

オブジェクトはリンクするとすべて取り込まれ、実行イメージとなりますが、
ライブラリはオブジェクトから呼び出されたもののみがリンクされ、使用されないものは出力されません

まあ、ライブラリがその都度すべて取り込まれると、どえらい容量となってしまいますね

Comments

[Ykkykk]

ご回答いただきありがとうございます。
拡張子が.aのファイルと.oのファイルは何が違うのでしょうか？？

[y_waiwai]

ファイルフォーマットの話でしょうか？
そこらへんは詳しくないのでぐぐるなりソースを読むなりしましょう

[Ykkykk]

フォーマットと言いますか、質問本文に書いたように、.aファイルが一つのソースファイルから生成されているような場合、.aファイルと.oファイルにはどのような違いがあるのでしょうか？
うまく説明できずに申し訳ありません、

[y_waiwai]

回答に書いてあるとおりですが。
そのプロジェクトの形態が不思議と言うなら、それを作った人に聞いてみてはいかがですか？

赤の他人に聞いたところでわかるもんではないと思いますが

[Zuishin]

作った人まだ生きてるんですかね。