深度剖析C语言的main函数!

main的返回值

main函数的返回值用于说明程序的退出状态。如果返回0,则代表程序正常退出。返回其它数字的含义则由系统决定。通常,返回非零代表程序异常退出。

void main()

有一些书上的,都使用了void main( ) ,其实这是错误的。C/C 中从来没有定义过void main( ) 。

C 之父 Bjarne Stroustrup 在他的主页上的 FAQ 中明确地写着 “The definition void main( ) { /* … */ } is not and never has been C , nor has it even been C.” 这可能是因为 在 C 和 C 中,不接收任何参数也不返回任何信息的函数原型为“void foo(void);”。

可能正是因为这个,所以很多人都误认为如果不需要程序返回值时可以把main函数定义成void main(void) 。然而这是错误的!main 函数的返回值应该定义为 int 类型,C 和 C 标准中都是这样规定的。

虽然在一些编译器中,void main() 可以通过编译,但并非所有编译器都支持 void main() ,因为标准中从来没有定义过 void main 。

g 3.2 中如果 main 函数的返回值不是 int 类型,就根本通不过编译。而 gcc3.2 则会发出警告。所以,为了程序拥有很好的可移植性,一定要用 int main ()。测试如下:

#include <stdio.h>

void main()
{
    printf('Hello world\n');
    return;
}

运行结果:g test.c

main()

那既然main函数只有一种返回值类型,那么是不是可以不写?规定:不明确标明返回值的,默认返回值为int,也就是说 main()等同于int main(),而不是等同于void main()。

在C99中,标准要求编译器至少给 main() 这种用法来个警告,而在c89中这种写法是被允许的。但为了程序的规范性和可读性,还是应该明确的指出返回值的类型。测试代码:

#include <stdio.h>

main(){    printf('Hello world\n');    return 0;}

运行结果:

C和C 的标准

在 C99 标准中,只有以下两种定义方式是正确的:

int main( void ) 
int main( int argc, char *argv[] ) 

若不需要从命令行中获取参数,就使用int main(void) ;否则的话,就用int main( int argc, char *argv[] )。当然参数的传递还可以有其他的方式,在下一节中,会单独来讲。

main 函数的返回值类型必须是 int ,这样返回值才能传递给程序的调用者(如操作系统),等同于 exit(0),来判断函数的执行结果。

C 89中定义了如下两种 main 函数的定义方式:

int main( ) int main( int argc, char *argv[] ) 

int main( ) 等同于 C99 中的 int main( void ) ;int main( int argc, char*argv[] ) 的用法也和C99 中定义的一样。同样,main函数的返回值类型也必须是int。

return 语句

如果 main 函数的最后没有写 return 语句的话,C99 和c 89都规定编译器要自动在生成的目标文件中加入return 0,表示程序正常退出。

不过,建议你最好在main函数的最后加上return语句,虽然没有这个必要,但这是一个好的习惯。在linux下我们可以使用shell命令:echo $? 查看函数的返回值。

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf('Hello world\n');
}

运行结果:

同时,需要说明的是return的返回值会进行 类型转换,比如:若return 1.2 ;会将其强制转换为1,即真正的返回值是1,同理,return ‘a’ ;的话,真正的返回值就是97,;但是若return “abc”;便会报警告,因为无法进行隐式类型转换。

测试main函数返回值的意义

前文说到,main函数如果返回0,则代表程序正常退出。通常,返回非零代表程序异常退出。在本文的最后,测试一下:  test.c:

#include <stdio.h>

int main(){    printf('c 语言\n');    return 11.1; }

在终端执行如下:

➜  testSigpipe git:(master) ✗ vim test.c
➜  testSigpipe git:(master) ✗ gcc test.c
➜  testSigpipe git:(master) ✗ ./a.out && echo 'hello world'  #&&与运算,前面为真,才会执行后边的
c 语言

可以看出,操作系统认为main函数执行失败,因为main函数的返回值是11

➜  testSigpipe git:(master) ✗ ./a.out ➜  testSigpipe git:(master) ✗ echo $?11

若将main函数中返回值该为0的话:

➜  testSigpipe git:(master) ✗ vim test.c
➜  testSigpipe git:(master) ✗ gcc test.c 
➜  testSigpipe git:(master) ✗ ./a.out && echo 'hello world' #hello
c 语言
hello world

可以看出,正如我们所期望的一样,main函数返回0,代表函数正常退出,执行成功;返回非0,代表函数出先异常,执行失败。

main函数传参

首先说明的是,可能有些人认为main函数是不可传入参数的,但是实际上这是错误的。main函数可以从命令行获取参数,从而提高代码的复用性。

函数原形

为main函数传参时,可选的main函数原形为:

int main(int argc , char* argv[],char* envp[]);

参数说明:

①、第一个参数argc表示的是传入参数的个数 。

②、第二个参数char* argv[],是字符串数组,用来存放指向的字符串参数的指针数组,每一个元素指向一个参数。各成员含义如下:

argv[0]:指向程序运行的全路径名。

argv[1]:指向执行程序名后的第一个字符串 ,表示真正传入的第一个参数。

argv[2]:指向执行程序名后的第二个字符串 ,表示传入的第二个参数。

…… argv[n]:指向执行程序名后的第n个字符串 ,表示传入的第n个参数。

规定:argv[argc]为NULL ,表示参数的结尾。

③、第三个参数char* envp[],也是一个字符串数组,主要是保存这用户环境中的变量字符串,以NULL结束。envp[]的每一个元素都包含ENVVAR=value形式的字符串,其中ENVVAR为环境变量,value为其对应的值。

envp一旦传入,它就只是单纯的字符串数组而已,不会随着程序动态设置发生改变。可以使用putenv函数实时修改环境变量,也能使用getenv实时查看环境变量,但是envp本身不会发生改变;平时使用到的比较少。

注意:main函数的参数char* argv[]和char* envp[]表示的是字符串数组,书写形式不止char* argv[]这一种,相应的argv[][]和 char** argv均可。

char* envp[]

写个小测试程序,测试main函数的第三个参数:

#include <stdio.h>

int main(int argc ,char* argv[] ,char* envp[])
{
    int i = 0;

while(envp[i ])
    {
        printf('%s\n', envp[i]);
    }

return 0;
}

运行结果:部分截图

envp[] 获得的信息等同于Linux下env命令的结果。

常用版本

在使用main函数的带参版本的时,最常用的就是:**int main(int argc , char* argv[]);**变量名称argc和argv是常规的名称,当然也可以换成其他名称。

命令行执行的形式为:可执行文件名 参数1 参数2 … … 参数n。可执行文件名称和参数、参数之间均使用空格隔开。

示例程序

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]){

    int i;    printf('Total %d arguments\n',argc);

    for(i = 0; i < argc; i  )    {        printf('\nArgument argv[%d]  = %s \n',i, argv[i]);    }

    return 0;}

运行结果:

➜  cpp_workspace git:(master) ✗ vim testmain.c 
➜  cpp_workspace git:(master) ✗ gcc testmain.c 
➜  cpp_workspace git:(master) ✗ ./a.out 1 2 3    #./a.out为程序名 1为第一个参数 , 2 为第二个参数, 3 为第三个参数
Total 4 arguments
Argument argv[0]  = ./a.out 
Argument argv[1]  = 1 
Argument argv[2]  = 2 
Argument argv[3]  = 3 
Argument argv[4]  = (null)    #默认argv[argc]为null

main的执行顺序

可能有的人会说,这还用说,main函数肯定是程序执行的第一个函数。那么,事实果然如此吗?相信在看了本节之后,会有不一样的认识。

为什么说main()是程序的入口

linux系统下程序的入口是”_start”,这个函数是linux系统库(Glibc)的一部分,当我们的程序和Glibc链接在一起形成最终的可执行文件的之后,这个函数就是程序执行初始化的入口函数。通过一个测试程序来说明:

#include <stdio.h>

int main(){    printf('Hello world\n');    return 0;}

编译:

gcc testmain.c -nostdlib     # -nostdlib (不链接标准库)

程序执行会引发错误:/usr/bin/ld: warning: cannot find entry symbol _start; 未找到这个符号

所以说:

  1. 编译器缺省是找 __start 符号,而不是 main
  2. __start 这个符号是程序的起始
  3. main 是被标准库调用的一个符号

那么,这个_start和main函数有什么关系呢?下面我们来进行进一步探究。

_start函数的实现该入口是由ld链接器默认的链接脚本指定的,当然用户也可以通过参数进行设定。_start由汇编代码实现。大致用如下伪代码表示:

void _start(){  %ebp = 0;  int argc = pop from stack  char ** argv = top of stack;  __libc_start_main(main, argc, argv, __libc_csu_init, __linc_csu_fini,  edx, top of stack);}

对应的汇编代码如下:

_start:
 xor ebp, ebp //清空ebp
 pop esi //保存argc,esi = argc
 mov esp, ecx //保存argv, ecx = argv

push esp //参数7保存当前栈顶
 push edx //参数6
 push __libc_csu_fini//参数5
 push __libc_csu_init//参数4
 push ecx //参数3
 push esi //参数2
 push main//参数1
 call _libc_start_main

hlt

可以看出,在调用_start之前,装载器就会将用户的参数和环境变量压入栈中。

main函数运行之前的工作

从_start的实现可以看出,main函数执行之前还要做一系列的工作。主要就是初始化系统相关资源:

Some of the stuff that has to happen before main():

set up initial stack pointer 

initialize static and global data 

zero out uninitialized data 

run global constructors

Some of this comes with the runtime library's crt0.o file or its __start() function. Some of it you need to do yourself.

Crt0 is a synonym for the C runtime library.

1.设置栈指针

2.初始化static静态和global全局变量,即data段的内容

3.将未初始化部分的赋初值:数值型short,int,long等为0,bool为FALSE,指针为NULL,等等,即.bss段的内容

4.运行全局构造器,类似c 中全局构造函数

5.将main函数的参数,argc,argv等传递给main函数,然后才真正运行main函数

main之前运行的代码

下面,我们就来说说在mian函数执行之前到底会运行哪些代码:(1)全局对象的构造函数会在main 函数之前执行。

(2)一些全局变量、对象和静态变量、对象的空间分配和赋初值就是在执行main函数之前,而main函数执行完后,还要去执行一些诸如释放空间、释放资源使用权等操作

(3)进程启动后,要执行一些初始化代码(如设置环境变量等),然后跳转到main执行。全局对象的构造也在main之前。

(4)通过关键字attribute,让一个函数在主函数之前运行,进行一些数据初始化、模块加载验证等。

示例代码

①、通过关键字attribute

#include <stdio.h>

__attribute__((constructor)) void before_main_to_run() 

    printf('Hi~,i am called before the main function!\n');
    printf('%s\n',__FUNCTION__); 
}

__attribute__((destructor)) void after_main_to_run() 

    printf('%s\n',__FUNCTION__); 
    printf('Hi~,i am called after the main function!\n');
}

int main( int argc, char ** argv ) 

    printf('i am main function, and i can get my name(%s) by this way.\n',__FUNCTION__); 
    return 0; 
}

②、全局变量的初始化

#include <iostream>

using namespace std;

inline int startup_1(){    cout<<'startup_1 run'<<endl;    return 0;}

int static no_use_variable_startup_1 = startup_1();

int main(int argc, const char * argv[]) {    cout<<'this is main'<<endl;    return 0;}

至此,我们就聊完了main函数执行之前的事情,那么,你是否还以为main函数也是程序运行的最后一个函数呢?

结果当然不是,在main函数运行之后还有其他函数可以执行,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。

main函数之后执行的函数

1、全局对象的析构函数会在main函数之后执行; 2、用atexit注册的函数也会在main之后执行。

atexit函数

原形:

int atexit(void (*func)(void)); 

atexit 函数可以“注册”一个函数,使这个函数将在main函数正常终止时被调用,当程序异常终止时,通过它注册的函数并不会被调用。

编译器必须至少允许程序员注册32个函数。如果注册成功,atexit 返回0,否则返回非零值,没有办法取消一个函数的注册。

在 exit 所执行的任何标准清理操作之前,被注册的函数按照与注册顺序相反的顺序被依次调用。每个被调用的函数不接受任何参数,并且返回类型是 void。被注册的函数不应该试图引用任何存储类别为 auto 或 register 的对象(例如通过指针),除非是它自己所定义的。

多次注册同一个函数将导致这个函数被多次调用。函数调用的最后的操作就是出栈过程。main()同样也是一个函数,在结束时,按出栈的顺序调用使用atexit函数注册的,所以说,函数atexit是注册的函数和函数入栈出栈一样,是先进后出的,先注册的后执行。通过atexit可以注册回调清理函数。可以在这些函数中加入一些清理工作,比如内存释放、关闭打开的文件、关闭socket描述符、释放锁等等。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>

void fn0( void ), fn1( void ), fn2( void ), fn3( void ), fn4( void );

int main( void )

{  //注意使用atexit注册的函数的执行顺序:先注册的后执行    atexit( fn0 );      atexit( fn1 );      atexit( fn2 );      atexit( fn3 );      atexit( fn4 );

    printf( 'This is executed first.\n' );    printf('main will quit now!\n');

    return 0;

}

void fn0(){    printf( 'first register ,last call\n' );}

void fn1({    printf( 'next.\n' );}

void fn2(){    printf( 'executed ' );}

void fn3(){    printf( 'is ' );}

void fn4(){    printf( 'This ' );}

作者:z_ryan

原文:https://blog.csdn.net/z_ryan/category_7316855.html

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