标准库是由编程语言规范定义的一组函数和工具集合，提供了常用的基础功能，如输入输出、字符串操作、内存管理、数学计算和时间处理等。它使得开发者能够避免重复造轮子，直接使用已经实现好的通用功能，以提高开发效率并确保代码的兼容性和稳定性。下面主要介绍一些主流的标准库。

比较表

名称 适用场景 体积 POSIX 兼容性 线程支持 动态链接 跨平台支持 主要优势 主要劣势
glibc 通用 Linux 系统，桌面和服务器 较大 完整支持 强大 支持 Linux, BSD 最完整的 C 库，功能最全 体积庞大，占用较多资源
musl 轻量级 Linux 发行版，容器环境 小 完整支持 完整支持 支持 Linux 轻量高效，适合容器和嵌入式 GNU 扩展支持较少
uClibc 嵌入式 Linux，低功耗设备 小 部分支持 基础支持 支持 Linux 适合无 MMU 设备 功能较弱，缺少部分 GNU 扩展
Bionic Android 操作系统 中等 部分支持 完整支持 支持 Android 优化移动端，支持 GCD 不适用于其他 Unix-like 系统
Newlib 嵌入式系统，RTOS，裸机编程 极小 部分支持 弱 ==不支持== 多种架构 极轻量，适合裸机和 RTOS POSIX 兼容性低
Diet libc 资源极限系统，微型 Linux 极小 基本支持 弱 支持 Linux 极小体积，极端优化 不支持复杂 POSIX 线程
Apple libc macOS, iOS, watchOS, tvOS 中等 部分支持 强大 支持 Apple 生态 整合 libSystem，优化 GCD 仅适用于 Apple 设备
FreeBSD libc FreeBSD, NetBSD, OpenBSD 适中 ==完整支持== 完整支持 支持 BSD 生态 高兼容性，适合服务器和安全应用 不适用于 Linux
Cosmopolitan 跨平台应用，便携式工具 极小 基本支持 未知 不依赖 Windows, Linux, macOS, BSD 支持 “Just One Binary” POSIX 兼容性较低

总结分类

1️⃣ 通用 C 标准库（完整功能）

这些 C 库提供 完整的 POSIX 兼容性，并适用于 桌面和服务器端的通用 Linux 系统。它们支持完整的线程模型、多种 I/O 操作以及动态链接：

  • glibc：最广泛使用的 C 库，功能最全，但体积较大，适合 桌面和服务器。
  • FreeBSD libc：适用于 BSD 系列操作系统，兼容性强，安全性高。
  • **Apple libc (libSyste
    2️⃣ 轻量级 C 标准库（适合嵌入式和容器化）
    这些 C 库适用于 资源受限的设备，如嵌入式系统、Docker 容器等，它们的目标是减少二进制体积，同时仍然提供合理的 POSIX 兼容性：
  • musl：轻量级但功能完整，适用于 容器化环境、Alpine Linux。
  • uClibc：主要用于嵌入式设备，适合 无 MMU 设备，但不支持完整的 POSIX 线程。
  • Bionic：专为 Android 设计，优化了移动设备，集成 GCD 和线程调度。
    3️⃣ 极限优化的 C 库（超小体积）
    这些库的目标是 极限优化，适用于存储和内存受限的系统，如微型 Linux 发行版、裸机编程（bare-metal）或极小型容器：
  • Newlib：专为 嵌入式系统 和 RTOS 设计，没有完整的 POSIX 兼容性。
  • Diet libc：超小体积，适用于微型 Linux 系统和极限优化场景，但 不支持完整的 POSIX 线程。
  • Cosmopolitan：支持 单个二进制文件跨平台运行（Windows、Linux、macOS、BSD），但 POSIX 兼容性较低。

    快速参考

    哪个 C 库适合你的项目？

需求 推荐 C 库
Linux 服务器、桌面开发 glibc、musl、FreeBSD libc
嵌入式系统、低功耗设备 musl、uClibc、Newlib
Android 应用开发 Bionic
macOS/iOS 开发 Apple libc
轻量级 Docker 容器 musl、Diet libc
裸机编程（无 OS） Newlib
最小化 Linux 发行版 musl、Diet libc
便携式跨平台 CLI 工具 Cosmopolitan

详细介绍

glibc

glibc（GNU C Library）是 GNU 项目提供的 C 标准库实现，广泛用于 Linux 系统。它全面支持 ISO C 标准和 POSIX 规范，同时提供了许多 GNU 扩展功能，如动态内存管理、线程支持、多种国际化工具和动态链接器（ld-linux.so）。glibc 针对不同硬件架构（如 x86、ARM、RISC-V）进行了高度优化，是 Linux 桌面、服务器和高性能计算中最常用的 C 标准库实现。
以下是 glibc 的速查表（一部分）：

类别 头文件 功能 常用函数/宏
输入输出 <stdio.h> 标准输入输出 printf()、scanf()、fgets()
字符串操作 <string.h> 字符串和内存操作 strlen()、strcpy()、strcmp()
动态内存管理 <stdlib.h> 动态内存分配 malloc()、calloc()、free()
数学运算 <math.h> 基础和高级数学计算 pow()、sqrt()、sin()
时间和日期 <time.h> 时间和日期处理 time()、strftime()、difftime()
字符处理 <ctype.h> 字符类型判断和转换 isalpha()、isdigit()、tolower()
错误处理 <errno.h> 提供错误码和错误处理 errno 宏，EACCES，ENOMEM
信号处理 <signal.h> 信号捕获和管理 signal()、raise()
线程支持 <pthread.h> POSIX 线程 pthread_create()、pthread_mutex_lock()
国际化 <locale.h> 本地化和国际化支持 setlocale()、localeconv()
动态库加载 <dlfcn.h> 动态加载共享库 dlopen()、dlsym()
GNU 扩展 <execinfo.h> 栈跟踪、参数解析、加密等 backtrace()、argp_parse()

其他库还有：

  • 线程和并发支持：pthread.h：提供 POSIX 线程（pthread）接口，支持多线程程序的创建和同步。
  • 内存池和共享内存：<sys/mman.h>：提供内存映射、共享内存和内存池的功能。
  • 文件操作：<fcntl.h>：提供文件描述符操作函数，如文件控制和文件锁定。
  • 系统调用和系统接口：<sys/types.h>, <sys/stat.h>, <sys/socket.h>：提供系统调用封装，支持文件系统、进程控制和网络通信。
  • 信号和异常处理：<signal.h>：处理异步信号，设置信号处理程序。
  • 异常处理：<setjmp.h>
  • 网络编程：<arpa/inet.h>, <netinet/in.h>（SPEC06 就有前者）
  • 加密与安全：<crypt.h>
    其他扩展模块就不一一列举了，查询可以参考 GNU C Lib Manual，可以查看网页版或者下载 pdf 等等。

    musl

    musl 是一个 轻量级的 C 标准库实现，旨在为==嵌入式系统、资源受限环境和其他要求高效、紧凑的系统提供支持==。musl 兼容标准的 C 和 POSIX 规范，但其设计目标是 减少内存占用、提高性能、并保持简单性。
    主要特点是轻量和小巧、标准兼容、可移植性、与 glibc 兼容的 API。
    优点：
  1. 小巧高效：musl 设计目标是尽可能小且高效，适合资源受限的环境。
  2. 与 glibc 兼容：musl 提供大部分标准的 POSIX 和 C 标准库功能，适用于大多数常见的 Linux 应用。
  3. 无依赖性：musl 没有复杂的外部依赖，简化了构建和部署过程。
  4. 适用于嵌入式和容器：非常适合嵌入式系统、Docker 容器等轻量级环境。
    不足：
  5. 不完全兼容 GNU 扩展：musl 实现的是标准 POSIX 和 ISO C，但不包括 glibc 的一些扩展和特性（如线程本地存储（TLS）扩展）。
  6. 不完全兼容某些旧的应用程序：由于缺少某些特性，某些基于 glibc 的旧应用程序可能不兼容 musl。
  7. 社区支持较小：尽管 musl 有着积极的社区支持，但与 glibc 相比，它的社区和文档支持较少，用户数量和生态系统较小。

他适合的场景是: 嵌入式系统、Docker 容器、RTOS、轻量级 linux

uClibc

uClibc 是另一个轻量级的 C 标准库实现，专门为嵌入式系统设计，尤其是那些资源有限、需要小型、快速和低内存消耗的系统。与 glibc 不同，uClibc 旨在提供更小的二进制文件，并且可以在 无内存管理单元（MMU） 或嵌入式设备中运行。
其特点有：小巧高效、兼容性、高度定制化。
但其带来的缺点有：缺少某些 GNU 扩展、线程功能不足、浮点运算不完全支持
适用于嵌入式系统、Docker 容器、RTOS、轻量级 linux

Bionic

Bionic libc 是 Google 为 ==Android 操作系统==开发的 C 标准库实现，旨在为 Android 系统提供高效、轻量级且优化的 C 语言运行时支持。它被设计为一个 嵌入式和移动平台的 libc 实现，并且与 Android 的 Linux 内核紧密集成。Bionic 是专为 Android 开发和优化的 C 标准库，支持 Android 的各类硬件和软件要求。
既然是移动端的 C 库，那么就会有轻量高效的特点，但是不足之处为与 glibc 兼容性差、功能简化于社区支持。

Newlib

Newlib 是一个用于==嵌入式系统==的 C 标准库 实现，它专门为没有操作系统的系统或资源受限的环境设计。Newlib 提供了 ISO C 标准和 POSIX 标准的一些功能接口，特别适合嵌入式开发环境，如实时操作系统（RTOS）和裸机（bare-metal）系统。它为嵌入式开发者提供了一个可靠且高效的标准库，同时支持多种硬件平台。
但是缺点同样是简化的多线程功能，适用于裸机编程 (bare-metal)

Diet libc

Diet libc 是一个极其轻量的 C 标准库实现，专为嵌入式系统、微型操作系统以及资源受限的环境设计。它的目标是提供一个非常小巧且高效的替代方案，以支持基于 Linux 或类似 UNIX 系统的应用程序，特别是在内存和存储空间有限的情况下。
同样也适用于裸机编程。

Apple libc

Apple libc（有时称为 libSystem）是 Apple 为 macOS、iOS、watchOS 和 tvOS 开发的 C 标准库实现。它基于 FreeBSD 的 libc，但进行了大量定制，以优化 Apple 设备的性能、安全性和可扩展性。

  • 在 macOS 和 iOS 上，libc 并不是一个独立的库，而是包含在 libSystem.dylib 中。
  • libSystem.dylib 其实是一个 超级库，包括：
    • libc.dylib（标准 C 库）
    • libm.dylib（数学库）
    • libpthread.dylib（线程库）
    • libdispatch.dylib（Grand Central Dispatch 并发编程库）
    • libc++（C++ 标准库）
  • 这种 统一集成 使得 Apple 平台上的动态链接更加高效。

    FreeBSD

    FreeBSD libc 是 FreeBSD 操作系统 提供的 C 标准库实现，它基于 BSD 传统的 libc，并针对现代 UNIX-like 操作系统进行了优化。

    Cosmopolitan

    Cosmopolitan libc（简称 cosmo）是一个革命性的 跨平台 C 标准库实现，它的设计目标是让 C 语言代码可以编译成 通用的二进制文件，可以在 Linux、macOS、Windows、FreeBSD 和其他 POSIX 兼容系统上运行 而无需重新编译。

参考文献