Main函数之前 v2011-10-13

crifan

Main函数之前

Version: 2011-10-13

Author: green-waste (at)163.com

【声明】

此文主要是摘录和整理《程序员修养》那本书中关于运行库部分相关的内容，为了简要的总结一下main函数之前都干了啥。

【正文】
     多数人接触C语言的人，对main函数，应该都比较了解了。不少人，应该是，或许以为main就是程序执行的入口，或许知道main函数不是入口，但是不知道哪里是入口，又或许知道入口，但是对于main之前发生的事情，系统做了哪些事情，不是很清楚。

那么，下面这段文字，目的就是简单介绍一下，main之前到底发生了什么。

在main函数中，一般来说，你可以放心去使用很多资源了，比如：申请内存，使用系统调用，触发异常，访问I/O，使用scan/printf等输入输出等等。

之所以你可以放心使用这些资源，那么是因为有人帮你在main函数执行之前，就帮你准备好了这些东西供你使用。

到底是谁做的？答案是，运行库。不过在介绍运行库之前，先要清楚一般程序执行的过程是怎么样的。

【程序运行步骤】

一个典型的程序运行步骤大致如下：

（1）操作系统在创建进程后，把控制权交到了程序的入口，这个入口往往是运行库的某个入口函数。

（2）入口函数对运行库和程序运行环境进行初始化，包括堆Heap，I/O，线程。全局变量构造等等。

（3）入口函数在完成初始化之后，调用main函数，正式执行程序主体部分。

（4）Main函数执行完毕之后，返回到入口函数，入口函数进行清理工作，包括全局变量析构、堆销毁、关闭I/O等，然后进行系统调用结束进程。

【入口函数】
    从上面可以看出，其实真正所谓的程序开始部分，其实可以算是入口函数。

入口函数，也叫入口点（Entry Point），是运行库的一部分，视平台不同而有不同名字。

下表显示了不同平台下，对应的入口函数的相关内容：

表格 1 不同平台下的入口函数相关信息

平台	运行库	入口函数的名称	说明
Linux	Glibc.c	__libc_start_main	详情参考glibc源码中libc/csu位置的源码
Windows	MSVC CRT的Crt0.c	mainCRTStartup	以Microsoft Visual Studio 2003为例，代码位于VC安装目录crt/src中

【__libc_start_main和mainCRTStartup】
       1. __libc_start_main

Glib的库源码

http://ftp.gnu.org/gnu/libc/glibc-2.14.tar.bz2

中找到的文件是：csu\Libc-start.c

对应函数代码为：

1. STATIC int
   
2. LIBC_START_MAIN (int (*main) (int, char **, char ** MAIN_AUXVEC_DECL),
   
3.    int argc, char *__unbounded *__unbounded ubp_av,
   
4. #ifdef LIBC_START_MAIN_AUXVEC_ARG
   
5.    ElfW(auxv_t) *__unbounded auxvec,
   
6. #endif
   
7.    __typeof (main) init,
   
8.    void (*fini) (void),
   
9.    void (*rtld_fini) (void), void *__unbounded stack_end)
   
10. {
    
11. #if __BOUNDED_POINTERS__
    
12.   char **argv;
    
13. #else
    
14. # define argv ubp_av
    
15. #endif
    
16.   /* Result of the 'main' function.  */
    
17.   int result;
    
18.   __libc_multiple_libcs = &_dl_starting_up && !_dl_starting_up;
    
19. #ifndef SHARED
    
20.   char *__unbounded *__unbounded ubp_ev = &ubp_av[argc + 1];
    
21.   INIT_ARGV_and_ENVIRON;
    
22.   /* Store the lowest stack address.  This is done in ld.so if this is
    
23.      the code for the DSO.  */
    
24.   __libc_stack_end = stack_end;
    
25. # ifdef HAVE_AUX_VECTOR
    
26.   /* First process the auxiliary vector since we need to find the
    
27.      program header to locate an eventually present PT_TLS entry.  */
    
28. #  ifndef LIBC_START_MAIN_AUXVEC_ARG
    
29.   ElfW(auxv_t) *__unbounded auxvec;
    
30.   {
    
31.     char *__unbounded *__unbounded evp = ubp_ev;
    
32.     while (*evp++ != NULL)
    
33.       ;
    
34.     auxvec = (ElfW(auxv_t) *__unbounded) evp;
    
35.   }
    
36. #  endif
    
37.   _dl_aux_init (auxvec);
    
38. # endif
    
39. # ifdef DL_SYSDEP_OSCHECK
    
40.   if (!__libc_multiple_libcs)
    
41.     {
    
42.       /* This needs to run to initiliaze _dl_osversion before TLS
    
43.   setup might check it.  */
    
44.       DL_SYSDEP_OSCHECK (__libc_fatal);
    
45.     }
    
46. # endif
    
47.   /* Performe IREL{,A} relocations.  */
    
48.   __libc_csu_irel ();
    
49.   /* Initialize the thread library at least a bit since the libgcc
    
50.      functions are using thread functions if these are available and
    
51.      we need to setup errno.  */
    
52.   __pthread_initialize_minimal ();
    
53.   /* Set up the stack checker's canary.  */
    
54.   uintptr_t stack_chk_guard = _dl_setup_stack_chk_guard (_dl_random);
    
55. # ifdef THREAD_SET_STACK_GUARD
    
56.   THREAD_SET_STACK_GUARD (stack_chk_guard);
    
57. # else
    
58.   __stack_chk_guard = stack_chk_guard;
    
59. # endif
    
60. #endif
    
61.   /* Register the destructor of the dynamic linker if there is any.  */
    
62.   if (__builtin_expect (rtld_fini != NULL, 1))
    
63.     __cxa_atexit ((void (*) (void *)) rtld_fini, NULL, NULL);
    
64. #ifndef SHARED
    
65.   /* Call the initializer of the libc.  This is only needed here if we
    
66.      are compiling for the static library in which case we haven't
    
67.      run the constructors in `_dl_start_user'.  */
    
68.   __libc_init_first (argc, argv, __environ);
    
69.   /* Register the destructor of the program, if any.  */
    
70.   if (fini)
    
71.     __cxa_atexit ((void (*) (void *)) fini, NULL, NULL);
    
72.   /* Some security at this point.  Prevent starting a SUID binary where
    
73.      the standard file descriptors are not opened.  We have to do this
    
74.      only for statically linked applications since otherwise the dynamic
    
75.      loader did the work already.  */
    
76.   if (__builtin_expect (__libc_enable_secure, 0))
    
77.     __libc_check_standard_fds ();
    
78. #endif
    
79.   /* Call the initializer of the program, if any.  */
    
80. #ifdef SHARED
    
81.   if (__builtin_expect (GLRO(dl_debug_mask) & DL_DEBUG_IMPCALLS, 0))
    
82.     GLRO(dl_debug_printf) ("\ninitialize program: %s\n\n", argv[0]);
    
83. #endif
    
84.   if (init)
    
85.     (*init) (argc, argv, __environ MAIN_AUXVEC_PARAM);
    
86. #ifdef SHARED
    
87.   /* Auditing checkpoint: we have a new object.  */
    
88.   if (__builtin_expect (GLRO(dl_naudit) > 0, 0))
    
89.     {
    
90.       struct audit_ifaces *afct = GLRO(dl_audit);
    
91.       struct link_map *head = GL(dl_ns)[LM_ID_BASE]._ns_loaded;
    
92.       for (unsigned int cnt = 0; cnt < GLRO(dl_naudit); ++cnt)
    
93. {
    
94.    if (afct->preinit != NULL)
    
95.      afct->preinit (&head->l_audit[cnt].cookie);
    
96.    afct = afct->next;
    
97. }
    
98.     }
    
99. #endif
    
100. #ifdef SHARED
     
101.   if (__builtin_expect (GLRO(dl_debug_mask) & DL_DEBUG_IMPCALLS, 0))
     
102.     GLRO(dl_debug_printf) ("\ntransferring control: %s\n\n", argv[0]);
     
103. #endif
     
104. #ifdef HAVE_CLEANUP_JMP_BUF
     
105.   /* Memory for the cancellation buffer.  */
     
106.   struct pthread_unwind_buf unwind_buf;
     
107.   int not_first_call;
     
108.   not_first_call = setjmp ((struct __jmp_buf_tag *) unwind_buf.cancel_jmp_buf);
     
109.   if (__builtin_expect (! not_first_call, 1))
     
110.     {
     
111.       struct pthread *self = THREAD_SELF;
     
112.       /* Store old info.  */
     
113.       unwind_buf.priv.data.prev = THREAD_GETMEM (self, cleanup_jmp_buf);
     
114.       unwind_buf.priv.data.cleanup = THREAD_GETMEM (self, cleanup);
     
115.       /* Store the new cleanup handler info.  */
     
116.       THREAD_SETMEM (self, cleanup_jmp_buf, &unwind_buf);
     
117.       /* Run the program.  */
     
118.       result = main (argc, argv, __environ MAIN_AUXVEC_PARAM);
     
119.     }
     
120.   else
     
121.     {
     
122.       /* Remove the thread-local data.  */
     
123. # ifdef SHARED
     
124.       PTHFCT_CALL (ptr__nptl_deallocate_tsd, ());
     
125. # else
     
126.       extern void __nptl_deallocate_tsd (void) __attribute ((weak));
     
127.       __nptl_deallocate_tsd ();
     
128. # endif
     
129.       /* One less thread.  Decrement the counter.  If it is zero we
     
130.   terminate the entire process.  */
     
131.       result = 0;
     
132. # ifdef SHARED
     
133.       unsigned int *ptr = __libc_pthread_functions.ptr_nthreads;
     
134.       PTR_DEMANGLE (ptr);
     
135. # else
     
136.       extern unsigned int __nptl_nthreads __attribute ((weak));
     
137.       unsigned int *const ptr = &__nptl_nthreads;
     
138. # endif
     
139.       if (! atomic_decrement_and_test (ptr))
     
140. /* Not much left to do but to exit the thread, not the process.  */
     
141. __exit_thread (0);
     
142.     }
     
143. #else
     
144.   /* Nothing fancy, just call the function.  */
     
145.   result = main (argc, argv, __environ MAIN_AUXVEC_PARAM);
     
146. #endif
     
147.   exit (result);
     
148. }
     

复制代码

2.mainCRTStartup

此处安装的VS2005，对应的文件为：

C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 8\VC\crt\src\crt0.c

mainCRTStartup函数代码为：

1. __declspec(noinline)
   
2. int
   
3. __tmainCRTStartup(
   
4. void
   
5. )
   
6. {
   
7. unsigned int osplatform = 0;
   
8. unsigned int winver = 0;
   
9. unsigned int winmajor = 0;
   
10. unsigned int winminor = 0;
    
11. unsigned int osver = 0;
    
12. int initret;
    
13. int mainret=0;
    
14. OSVERSIONINFOA *posvi;
    
15. int managedapp;
    
16. #ifdef _WINMAIN_
    
17. _TUCHAR *lpszCommandLine;
    
18. STARTUPINFO StartupInfo;
    
19. 
    
20. __try {
    
21. /*
    
22. Note: MSDN specifically notes that GetStartupInfo returns no error, and throws unspecified SEH if it fails, so
    
23. the very general exception handler below is appropriate
    
24. */
    
25. GetStartupInfo( &StartupInfo );
    
26. } __except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) {
    
27. return 255;
    
28. }
    
29. #endif /* _WINMAIN_ */
    
30. /*
    
31. * Dynamically allocate the OSVERSIONINFOA buffer, so we avoid
    
32. * triggering the /GS buffer overrun detection. That can't be
    
33. * used here, since the guard cookie isn't available until we
    
34. * initialize it from here!
    
35. */
    
36. posvi = (OSVERSIONINFOA *)HeapAlloc(GetProcessHeap(), 0, sizeof(OSVERSIONINFOA));
    
37. if (!posvi) {
    
38. fast_error_exit(_RT_HEAP);
    
39. return 255;
    
40. }
    
41. 
    
42. /*
    
43. * Get the full Win32 version
    
44. */
    
45. posvi->dwOSVersionInfoSize = sizeof(OSVERSIONINFOA);
    
46. if ( !GetVersionExA(posvi) ) {
    
47. HeapFree(GetProcessHeap(), 0, posvi);
    
48. return 255;
    
49. }
    
50. 
    
51. osplatform = posvi->dwPlatformId;
    
52. winmajor = posvi->dwMajorVersion;
    
53. winminor = posvi->dwMinorVersion;
    
54. 
    
55. /*
    
56. * The somewhat bizarre calculations of _osver and _winver are
    
57. * required for backward compatibility (used to use GetVersion)
    
58. */
    
59. osver = (posvi->dwBuildNumber) & 0x07fff;
    
60. HeapFree(GetProcessHeap(), 0, posvi);
    
61. if ( osplatform != VER_PLATFORM_WIN32_NT )
    
62. osver |= 0x08000;
    
63. winver = (winmajor << 8) + winminor;
    
64. 
    
65. _set_osplatform(osplatform);
    
66. _set_winver(winver);
    
67. _set_winmajor(winmajor);
    
68. _set_winminor(winminor);
    
69. _set_osver(osver);
    
70. 
    
71. /*
    
72. * Determine if this is a managed application
    
73. */
    
74. managedapp = check_managed_app();
    
75. 
    
76. if ( !_heap_init(1) ) /* initialize heap */
    
77. fast_error_exit(_RT_HEAPINIT); /* write message and die */
    
78. 
    
79. if( !_mtinit() ) /* initialize multi-thread */
    
80. fast_error_exit(_RT_THREAD); /* write message and die */
    
81. 
    
82. /* Enable buffer count checking if linking against static lib */
    
83. _CrtSetCheckCount(TRUE);
    
84. 
    
85. /*
    
86. * Initialize the Runtime Checks stuff
    
87. */
    
88. #ifdef _RTC
    
89. _RTC_Initialize();
    
90. #endif /* _RTC */
    
91. /*
    
92. * Guard the remainder of the initialization code and the call
    
93. * to user's main, or WinMain, function in a __try/__except
    
94. * statement.
    
95. */
    
96. 
    
97. __try {
    
98. 
    
99. if ( _ioinit() < 0 ) /* initialize lowio */
    
100. _amsg_exit(_RT_LOWIOINIT);
     
101. 
     
102. /* get wide cmd line info */
     
103. _tcmdln = (_TSCHAR *)GetCommandLineT();
     
104. 
     
105. /* get wide environ info */
     
106. _tenvptr = (_TSCHAR *)GetEnvironmentStringsT();
     
107. 
     
108. if ( _tsetargv() < 0 )
     
109. _amsg_exit(_RT_SPACEARG);
     
110. if ( _tsetenvp() < 0 )
     
111. _amsg_exit(_RT_SPACEENV);
     
112. 
     
113. initret = _cinit(TRUE); /* do C data initialize */
     
114. if (initret != 0)
     
115. _amsg_exit(initret);
     
116. 
     
117. #ifdef _WINMAIN_
     
118. 
     
119. 
     
120. lpszCommandLine = _twincmdln();
     
121. mainret = _tWinMain( (HINSTANCE)&__ImageBase,
     
122. NULL,
     
123. lpszCommandLine,
     
124. StartupInfo.dwFlags & STARTF_USESHOWWINDOW
     
125. ? StartupInfo.wShowWindow
     
126. : SW_SHOWDEFAULT
     
127. );
     
128. #else /* _WINMAIN_ */
     
129. _tinitenv = _tenviron;
     
130. mainret = _tmain(__argc, _targv, _tenviron);
     
131. #endif /* _WINMAIN_ */
     
132. 
     
133. if ( !managedapp )
     
134. exit(mainret);
     
135. 
     
136. _cexit();
     
137. 
     
138. }
     
139. __except ( _XcptFilter(GetExceptionCode(), GetExceptionInformation()) )
     
140. {
     
141. /*
     
142. * Should never reach here
     
143. */
     
144. 
     
145. mainret = GetExceptionCode();
     
146. 
     
147. if ( !managedapp )
     
148. _exit(mainret);
     
149. 
     
150. _c_exit();
     
151. 
     
152. } /* end of try - except */
     
153. 
     
154. return mainret;
     
155. }

复制代码

【运行库】

接下来，再简单解释解释运行库。

运行库，即运行时库（Runtime Library），而C语言的运行库，即被称为C运行库（CRT，C Runtime Language）。

最初看到这个缩写，我以为是CRT显示器呢，呵呵。

一个C语言运行库大致包含了如下功能：

（1）启动与退出：包括入口函数及入口函数所依赖的其他函数等。

（2）标准函数：由C语言标准规定的C语言标准库所拥有的函数实现。

（3）I/O：I/O功能的封装和实现。

（4）堆：堆的封装和实现。

（5）语言实现：语言中一些特殊的功能。

（6）调试：实现调试功能的代码。

关于每一部分的详细内容，就不多说了。

【引用】

1.《程序员的自我修养 - 链接、装载与库》 俞甲子 石凡 潘爱民 著

纠结年华