Bibliothèque logicielle - Définition

Introduction

En informatique, une bibliothèque ou librairie logicielle (ou encore, bibliothèque de programmes) est un ensemble de fonctions utilitaires, regroupées et mises à disposition afin de pouvoir être utilisées sans avoir à les réécrire. Les fonctions sont regroupées de par leur appartenance à un même domaine conceptuel (mathématique, graphique, tris, etc). Les bibliothèques logicielles se distinguent des exécutables dans la mesure où elles ne représentent pas une application. Elles ne sont pas complètes, elles ne possèdent pas l'essentiel d'un programme comme une fonction principale et par conséquent ne peuvent pas être exécutées directement. Les bibliothèques peuvent regrouper des fonctions simples (par exemple le calcul d'un cosinus, ou l'inversion d'une matrice) comme des fonctions complexes avec de nombreuses fonctions internes non accessibles directement. L'intérêt des bibliothèques réside dans le fait qu'elles contiennent du code utile que l'on ne désire pas avoir à réécrire à chaque fois.

Les bibliothèques logicielles sont parfois regroupées en un framework, de façon à constituer un ensemble cohérent et complémentaire de bibliothèques.

Origine du nom

Le nom de bibliothèque est dérivé du comportement humain : quand on ignore comment faire quelque chose de technique (par exemple, planter des graines dans un jardin) et que l'on veut pourtant le faire, on peut aller se documenter en bibliothèque et consulter des livres indiquant comment procéder sans avoir à réinventer la procédure soi-même et à chaque fois.

Les programmes procèdent un peu de la même façon : plutôt que de coder une procédure courante dans chaque programme en ayant besoin (ce qui veut dire qu'une même procédure serait réécrite autant de fois sur un ordinateur qu'il y a de programmes susceptibles de l'utiliser), on rassemble ces procédures dans des bibliothèques. Si un programme a une fonction à remplir et que celle-ci se trouve en bibliothèque, il l'utilisera directement.

Mise en œuvre des bibliothèques au format du système d'exploitation

Principes

Pour que le code exécutable puisse accéder aux instructions d'une fonction d'une bibliothèque qu'il utilise, il faut que chaque appel de fonction dans le code soit associé à l'adresse effective de la première instruction de la fonction appelée dans la bibliothèque.

Pour cela, il existe plusieurs méthodes et outils, qui interviennent après l'étape de compilation :

• l'édition de liens assure la mise en place, dans le code exécutable de l'application, des instructions de branchement vers les fonctions externes (issues d'une ou de plusieurs bibliothèques) ;
• si l'édition de lien est dynamique, intervient un chargeur permettant, lors de l'exécution du programme, d'amener en mémoire les fonctions des bibliothèques utilisées, de sorte que lorsqu'une fonction est appelée, son code soit disponible en mémoire.
• si l'édition est statique: le code des fonctions utilisées par l'application est intégré au code de l'application qui devient par là-même autonome.

Le chargement des bibliothèques peut survenir de deux manières :

• À la volée lors d'un appel par le programme qui en exploite une fonction (liaison tardive), cette technique a l'avantage de ne charger que le code réellement nécessaire,
• Ou au chargement du programme en vue de son exécution.

Une bibliothèque est en principe partagée par le système d'exploitation afin de ne pas dupliquer son code dans toutes les applications y faisant appel. Voir cependant la possibilité de .

Bibliothèques chargées dynamiquement

Une bibliothèque dynamique, nommée Dynamic Link Library (.dll) pour Windows et nommée shared object (.so) ou "dynamic library" sous UNIX, est un fichier de bibliothèque logicielle utilisé par un programme exécutable, mais n'en faisant pas partie.

Ce fichier contient des fonctions qui pourront être appelées pendant l'exécution d'un programme, sans que celles-ci soient incluses dans son exécutable.

Les avantages des bibliothèques dynamiques sont:

• la réduction de la taille d'un exécutable, puisque certaines parties du logiciel se situent en dehors de lui,
• et la mise à jour possible des fonctions utiles pour toutes les applications qui les utilisent. Les applications bénéficient alors automatiquement des corrections ou des améliorations fonctionnelles de la bibliothèque.

Bibliothèques partagées

Lorsque plusieurs programmes utilisent les mêmes bibliothèques, il est judicieux de ne charger celles-ci qu'une seule fois en mémoire et de laisser tous les programmes en utiliser la même copie. On parle alors de bibliothèques partagées. Une bibliothèque peut être dynamique sans pour autant être partagée, et partagée sans être dynamique.

Le fait de partager des bibliothèques implique de fortes contraintes de conception afin que les appels de fonction par un programme, susceptibles de modifier l'état interne de la bibliothèque, ne perturbent pas les autres programmes qui l'utilisent également. Dans un système multitâche, comme on ne maîtrise pas les moments où les fonctions de la bibliothèque sont appelées, il est possible qu'une fonction soit appelée plusieurs fois simultanément. On appelle réentrance la faculté d'une bibliothèque à pouvoir être utilisée simultanément par plusieurs applications. On parle alors de bibliothèque réentrante ou même de fonction réentrante.

Versions simultanées

Lors du remplacement d'une version de bibliothèque par une autre, il arrive que certains programmes fonctionnant avec l'ancienne version ne puissent plus fonctionner avec la nouvelle. Le problème est résolu par un mécanisme de version de bibliothèque et de compatibilité entre version