Bibliothèque logicielle

En informatique, une routine est un ensemble d'instructions qui prend en charge une certaine opération et produit un résultat[4]. Les bibliothèques sont apparues dans les années 1950, sous la forme d'un magasin contenant des lots de cartes perforées ou des rouleaux de bande magnétique sur lesquels étaient enregistrées des routines[3]. Les programmeurs pouvaient choisir les bandes magnétiques à utiliser dans leurs programmes[3].

Les bibliothèques sont utilisées pour mettre en œuvre des interfaces de programmation[5] ainsi que des frameworks et des plugins et peuvent être incorporées dans les langages de programmation.

Une interface de programmation (abr. API pour Application Programming Interface) est un ensemble documenté et standardisé de routines par lesquelles un logiciel offre des services à d'autres logiciels. Les routines sont mises à disposition, compilées et emballées sous la forme d'une bibliothèque logicielle. La documentation spécifie comment le logiciel consommateur peut interagir avec le logiciel fournisseur en utilisant les routines[5]. Les interfaces de programmation sont un sujet incontournable de la programmation contemporaine et un logiciel se sert typiquement de nombreuses interfaces de programmation[5].

Les frameworks sont des collections de classes (lots de routines) semi-finies qui, utilisées ensemble, forment le squelette d'un programme. Ils permettent la construction d'un programme par assemblage et dérivation de composants[6]. Les frameworks se distinguent des interfaces de programmation par le fait que les interfaces de programmation comportent des routines qu'un programme va utiliser, tandis que les framework sont des bibliothèques qui utiliseront les routines du programme[7].

Les plugins sont des bibliothèques logicielles qu'une application recherche en vue d'étendre ses fonctionnalités. Cette technique est utilisée par exemple par les navigateurs web pour prendre en charge l'affichage d'animations ou de vidéos[5].

Programmer et exploiter des bibliothèques fait partie des utilisations ordinaires des langages de programmation généralistes. Si dans les premiers langages de programmation les fonctionnalités étaient délimitées par le lexique du langage, les langages de programmation récents ont un lexique très réduit et beaucoup de fonctionnalités sont apportées par des bibliothèques standard qui accompagnent le langage de programmation[8]. Par exemple la bibliothèque standard du C contient une collection normalisée de routines permettant de manipuler des fichiers, d'écrire des textes, d'utiliser la mémoire, ou de faire des calculs[5].

Les bibliothèques sont manipulées de manière différente par l'éditeur de liens et le système d'exploitation selon qu'elles soient statiques ou partagées. La manipulation se sert de la table de symboles créée par le compilateur.

bibliothèque statique

Une bibliothèque est dite statique si elle est destinée à être copiée dans les programmes qui l'utilisent lors de la construction de ces derniers[1].

bibliothèque partagée

Une bibliothèque est dite partagée si elle est destinée à être associée aux programmes au moment où ils sont exécutés. Avec une telle bibliothèque, la même copie de la bibliothèque peut être utilisée par plusieurs programmes[1].

éditeur de liens

L'éditeur de liens est le programme qui combine différents fichiers de code objet, parmi lesquels des bibliothèques, pour en faire un programme exécutable[9].

table de symboles

Une table de symboles est une structure manipulée par les compilateurs et les éditeurs de liens, qui contient les noms d'éléments du programme (routines, variables, constantes), ainsi que leur adresses, c'est-à-dire leur emplacement dans le programme[9]. La table de symboles produite par le compilateur est utilisée ensuite par l'éditeur de liens pour déterminer l'emplacement des routines qui se trouvent dans les bibliothèques[9].

routine bouchon (anglais stub)

Une routine bouchon est une routine f'() ajoutée automatiquement à un programme qui ne fait rien d'autre que d'utiliser une routine f() d'une bibliothèque partagée[9].

Programmer des bibliothèques fait partie des utilisations ordinaires des langages de programmation généralistes. Si dans les premiers langages de programmation les fonctionnalités étaient délimitées par le lexique du langage, les langages de programmation récents ont un lexique très réduit et beaucoup de fonctionnalités sont apportées par des bibliothèques standard qui accompagnent le langage de programmation[8].

Lorsqu'un ou plusieurs programmes utilisent une bibliothèque dynamique, une seule copie du code et des ressources de cette bibliothèque est chargée en mémoire. La même routine peut potentiellement être exécutée simultanément par plusieurs programmes et les variables globales peuvent potentiellement être modifiées simultanément[11]. Deux qualités recherchées des routines des bibliothèques sont d'être thread-safe et/ou réentrantes.

• réentrant signifie que la routine continue de donner des résultats corrects quand elle est exécutée plusieurs fois simultanément.
• thread-safe signifie que la routine continue de donner des résultats corrects quand elle est exécutée simultanément par plusieurs threads.

L'utilisation simultanée par plusieurs programmes d'une routine qui n'est pas thread-safe ni réentrante peut entrainer des pannes par situation de compétition (anglais race condition)[12].

Les noms des fichiers de bibliothèque partagées se terminent par .so sur Unix, .dylib sur Mac OS X et .dll sur Windows[5], et les emplacements conventionnels des bibliothèques diffèrent en routine de la plateforme.

Sur les systèmes d'exploitation Unix les bibliothèques sont en principe enregistrées dans les répertoires /lib ou /usr/lib. Une variable d'environnement LD_LIBRARY_PATH permet d'indiquer d'autres répertoires à prendre en compte par l'éditeur de liens. Le nom de chaque bibliothèque comporte les lettres lib et se termine par .a (bibliothèque statique) ou .so (bibliothèque partagée)[2]. Les bibliothèques statiques utilisent le format des fichiers d'archive[3]. Ce format, théoriquement destiné à stocker une collection de fichiers quelconques, est utilisé exclusivement pour les fichiers de bibliothèque[3].

Sur les systèmes d'exploitation Windows, les bibliothèques statiques ont un format semblable au format d'archive des systèmes Unix, mais avec un index de construction différente[3]. Les noms des bibliothèques statiques se terminent par .lib tandis que les noms des bibliothèques dynamiques se terminent par .dll. Une bibliothèque statique peut également être une collection de bouchons relatifs à une bibliothèques dynamique. Les noms des bibliothèques dynamiques peuvent également se terminer par .ocx, .drv ou .cpl[5]. Les emplacements standard des bibliothèques sont les répertoires \Windows, ou \Windows\System, ainsi que le répertoire où se trouve l'application qui utilise la bibliothèque. Une variable d'environnement permet d'indiquer au système d'exploitation d'autres répertoires éventuels[13].

Sur les systèmes d'exploitation Mac OS X les bibliothèques sont distribuées sous forme de framework: un répertoire dans lequel se trouve la/les bibliothèques ainsi que la documentation et les headers (description des routines dans un langage de programmation). La plupart des bibliothèques logicielles de Mac OS X (Cocoa, Carbon…) sont distribuées sous cette forme[5]. Les bibliothèques sous forme de framework sont enregistrées dans le répertoire /System/Library/Frameworks, et les pilotes sont enregistrés dans le répertoire /System/Library/Extensions[14].