Conceituação inicial
Aplicação e executável são coisas diferentes. Aplicação é um conjunto de coisas (eventualmente pode ser só o executável quando é algo muito simples), de funções, tarefas, atividades que beneficiam o usuário, é um conceito mais abstrato. Quando um executável principal (EXE no Windows) precisa de uma DLL ele já não representa sozinho a aplicação. Se sem a DLL a aplicação não funciona, se o executável tem dependências, a aplicação certamente não se confunde com o executável.
Comparação
DLL |
LIB |
Vários arquivos executáveis |
Um arquivo monolítico |
DLL/Dependency Hell |
Incompatibilidades entre bibliotecas |
Aplicações no geral ficam maiores |
Executável fica maior |
Permite carregar códigos não previstos |
Tudo que for necessário precisa estar no executável |
Não permite certas otimizações |
Otimizações globais são possíveis |
Carga mais lenta pera mapear todos os símbolos |
Carga mais rápida, todos os vínculos estão prontos |
Pode ser usada livremente com LGPL |
Precisa de uma licença comercial ou mais liberal |
Permite reusa de binários distribuídos |
Duplica binária comum durante o build |
Melhor interação com ferramentas de terceiros |
Só interage se a ferramenta gera executável custom |
Permite injeção de código malicioso facilmente |
Dificulta injeção de código malicioso |
Permite um binário canônico |
Risco de confusão entre versões |
Alguns itens dependem da forma como a biblioteca é criada/usada.
Biblioteca estática
Uma biblioteca estática não pode ser usada por uma aplicação diretamente, não pode ser executada. Ela é usada para gerar um executável (EXE, DLL) de uma aplicação. Ela é necessária para o processo de montagem do executável, o que frequentemente chamamos de tempo de compilação (embora tecnicamente isto seja feito após a compilação propriamente dita).
A biblioteca é composta por diversos arquivos chamados objetos que são gerados pelo compilador. Na verdade é possível inserir estes objetos na aplicação mesmo sem a existência da LIB que é uma forma de agrupar e facilitar o trabalho de construção da aplicação. Estes arquivos são unidades de compilação. Existem utilitários para administrar estes arquivos na LIB.
Quando você usa uma função de uma destas unidades de compilação todo o objeto é incluso no executável (que pode ser chamado de monolítico se não depende de nada externo).
Os objetos que não possuem funções referenciadas por sua aplicação não entram mesmo que eles tenham sido indicados para seleção durante a linkedição. O processo de linkedição é inteligente neste aspecto. A vinculação (binding) da função com a aplicação é feita em tempo de linkedição ao contrário da biblioteca dinâmica onde isso é feito em tempo de execução.
Note que o termo correto é "tempo de linkedição" e não "tempo de compilação". As bibliotecas são montadas ou vinculadas à uma aplicação após o código já ter sido compilado.
Em bibliotecas bem construídas os objetos devem conter apenas funções que devem ser usadas obrigatoriamente juntas, como os métodos de uma classe, por exemplo.
Biblioteca dinâmica
Uma DLL/SO é um executável independente em um arquivo independente. É possível até mesmo executá-la como um executável normal sob certas circunstâncias. Nela também tem esses objetos (são binários).
A definição de quais objetos estão lá é responsabilidade de quem construiu a DLL (ou SO, falo mais em DLL para simplificar), assim como em um executável normal. A DLL pode conter muita coisa que sua aplicação não precisa e o executável não chama. E se a(s) DLL(s) não contiver(em) tudo que sua aplicação precisa, você terá problemas durante a execução.
A não ser que esteja usando o .NET, onde as DLLs funcionam de forma especial já que não são códigos nativos, não é possível administrar o conteúdo depois que o arquivo for gerado.
Uma DLL tende a ser maior por causa destes possíveis códigos desnecessários que são pré-vinculados e porque ela precisa de informações adicionais para efetuar a chamada dinâmica. Isto nem sempre é uma grande desvantagem mas é bom ter isso em conta.
É possível usar uma técnica de carga sob demanda que permite que uma DLL que não seja efetivamente usada pela aplicação em uma execução específica não seja carregada na memória.
Mas uma DLL específica não pode carregar apenas as funções que serão usadas pela aplicação, até porque ela nem sabe o que será usado. É tudo ou nada (na verdade em nível mais baixo isso não é bem assim, mas é um controle da memória virtual e não dos objetos).
Dado o problema de DLL Hell (em inglês) e dependência (em inglês) cada vez mais frequente, as vantagens da DLL ficam cada vez menores já que para solucionar estes problemas costuma-se evitar o reuso do binário e opta-se pela distribuição das DLLs necessárias junto com o executável principal.
No fim temos a DLL só porque todo mundo faz assim. Eu vivo falando que os desenvolvedores, especialmente os mais novos, não pensam no todo, seguem fórmulas.
Além disso, conforme já foi dito, algumas otimizações não são possíveis nestas condições a não ser que o código execute em uma máquina virtual (.NET, Java) que normalmente prepara o ambiente e faz as últimas otimizações em tempo de execução (o que tem um custo).
No .NET a vinculação é feita em tempo de execução - feito pelo JITter - o que torna possível fazer algumas otimizações até melhores do que o linkeditor estático faria. É um processo semelhante ao do Java. O .NET Native permitirá binários, obviamente nativos, monolíticos.
Guia de escolha pela DLL
- Sua aplicação usa alguma API externa que só está disponível por DLL ou há alguma praticidade real em optar pela DLL.
- Você tem a opção de linkagem estática ou dinâmica mas a licença que você precisa só permite a dinâmica (Qt por exemplo que usa LGPL).
- A aplicação precisa de flexibilidade e tem um sistema de plugin nela que utiliza códigos executáveis que podem ser chamados no processo vinculando o código novo ao executável principal.
- Linkar estaticamente duas bibliotecas está causando algum conflito ou dificuldade e dinamicamente resolve.
- Você está produzindo algo que deve ser usado com uma aplicação que espera uma DLL. Pode ser porque aquele código precisa ser garantidamente único entre aplicações ou terceiros precisam disto (uso com outra linguagem) ou ainda é um plugin.
- Sua aplicação faz parte de uma solução maior ou uma gama ampla de produtos que costumam ser instalados na mesma máquina e tem muitas partes em comum. Pense um pouco mais se deve usar DLL ou não. Eu tendo a não usar. Hoje o reuso do binário é um argumento fraco na maioria dos casos.
Muitas vezes o benefício não compensa o prejuízo, estamos no século XXI, não temos os mesmos problemas do século passado. Ou seja, opte pela DLL/SO quando você não tem outra opção ou está tendo um problema difícil de ser solucionado de outra forma.
Conclusão
O uso de DLL tende deixar a aplicação maior e mais lenta. Apesar de que isto não seja um grande problema na maior parte dos casos. O uso de DLL pode dar a falsa impressão que a aplicação fica menor baseada no tamanho do executável principal. Mas a aplicação é mais do que ele.
Se puder escolher, a primeira opção deveria ser o uso de biblioteca estática e só se houver um motivo específico para usar a biblioteca dinâmica é que ela deveria ser escolhida.
Um único executável facilita a manutenção, depuração, implantação e diagnóstico sem falar na confiabilidade da aplicação que tem menos dependências após construída como já citado nesta e outra resposta.
Mas se for necessário ter uma biblioteca dinâmica, deixe para usar só onde é necessário. Ou seja, dá para fazer um misto. Uma forma não impede a outra. Crie um executável principal com o máximo de código embutido e use arquivos auxiliares no que for estritamente necessário, com isto você diminui a superfície de risco.
Enfim, o assunto é amplo, dá para fazer dezenas de perguntas e não esgotar tudo o que tem para falar.
Artigo na Wikipedia (em inglês).
Coloquei no GitHub para referência futura.