干貨 | 深度剖析C語言的main函數(shù)

main的返回值

main函數(shù)的返回值用于說明程序的退出狀態(tài)。如果返回0，則代表程序正常退出。返回其它數(shù)字的含義則由系統(tǒng)決定。通常，返回非零代表程序異常退出。

void main（）

有一些書上的，都使用了void main( ) ，其實(shí)這是錯(cuò)誤的。C/C++ 中從來沒有定義過void main( ) 。

C++ 之父 Bjarne Stroustrup 在他的主頁上的 FAQ 中明確地寫著 “The definition void main( ) { /* … */ } is not and never has been C++, nor has it even been C.”這可能是因?yàn)?在 C 和 C++ 中，不接收任何參數(shù)也不返回任何信息的函數(shù)原型為“void foo(void);”。

可能正是因?yàn)檫@個(gè)，所以很多人都誤認(rèn)為如果不需要程序返回值時(shí)可以把main函數(shù)定義成void main(void) 。然而這是錯(cuò)誤的！main 函數(shù)的返回值應(yīng)該定義為 int 類型，C 和 C++ 標(biāo)準(zhǔn)中都是這樣規(guī)定的。

雖然在一些編譯器中，void main（） 可以通過編譯，但并非所有編譯器都支持 void main（） ，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)中從來沒有定義過 void main 。

g++3.2 中如果 main 函數(shù)的返回值不是 int 類型，就根本通不過編譯。而 gcc3.2 則會(huì)發(fā)出警告。所以，為了程序擁有很好的可移植性，一定要用 int main （）。測(cè)試如下：

#include?

void?main()
{
????printf("Hello?world
");
????return;
}

運(yùn)行結(jié)果：g++ test.c

main（）

那既然main函數(shù)只有一種返回值類型，那么是不是可以不寫？規(guī)定：不明確標(biāo)明返回值的，默認(rèn)返回值為int，也就是說 main()等同于int main()，而不是等同于void main()。

在C99中，標(biāo)準(zhǔn)要求編譯器至少給 main() 這種用法來個(gè)警告，而在c89中這種寫法是被允許的。但為了程序的規(guī)范性和可讀性，還是應(yīng)該明確的指出返回值的類型。測(cè)試代碼：

#include?

main()
{
????printf("Hello?world
");
????return?0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

Ｃ和C++的標(biāo)準(zhǔn)

在 C99 標(biāo)準(zhǔn)中，只有以下兩種定義方式是正確的：

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

若不需要從命令行中獲取參數(shù)，就使用int main(void) ；否則的話，就用int main( int argc, char *argv[] )。當(dāng)然參數(shù)的傳遞還可以有其他的方式，在下一節(jié)中，會(huì)單獨(dú)來講。

main 函數(shù)的返回值類型必須是 int ，這樣返回值才能傳遞給程序的調(diào)用者（如操作系統(tǒng)），等同于 exit(0)，來判斷函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果。

C++89中定義了如下兩種 main 函數(shù)的定義方式：

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 中定義的一樣。同樣，main函數(shù)的返回值類型也必須是int。

return 語句

如果 main 函數(shù)的最后沒有寫 return 語句的話，C99 和ｃ++89都規(guī)定編譯器要自動(dòng)在生成的目標(biāo)文件中加入return 0，表示程序正常退出。

不過，建議你最好在main函數(shù)的最后加上return語句，雖然沒有這個(gè)必要，但這是一個(gè)好的習(xí)慣。在linux下我們可以使用shell命令：echo $? 查看函數(shù)的返回值。

#include?

int?main()
{
????printf("Hello?world
");
}

運(yùn)行結(jié)果：

同時(shí)，需要說明的是return的返回值會(huì)進(jìn)行 類型轉(zhuǎn)換，比如：若return 1.2 ；會(huì)將其強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為1，即真正的返回值是1，同理，return ‘a(chǎn)’ ；的話，真正的返回值就是97,；但是若return “abc”；便會(huì)報(bào)警告，因?yàn)闊o法進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換。

測(cè)試main函數(shù)返回值的意義

前文說到，main函數(shù)如果返回0，則代表程序正常退出。通常，返回非零代表程序異常退出。在本文的最后，測(cè)試一下：　test.c：

#include?

int?main()
{
????printf("c?語言
");
????return?11.1;?
}

在終端執(zhí)行如下：

???testSigpipe?git:(master)???vim?test.c
???testSigpipe?git:(master)???gcc?test.c
???testSigpipe?git:(master)???./a.out?&&?echo?"hello?world"??#&&與運(yùn)算，前面為真，才會(huì)執(zhí)行后邊的
c?語言

可以看出，操作系統(tǒng)認(rèn)為main函數(shù)執(zhí)行失敗，因?yàn)閙ain函數(shù)的返回值是１１

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

若將main函數(shù)中返回值該為0的話：

???testSigpipe?git:(master)???vim?test.c
???testSigpipe?git:(master)???gcc?test.c?
???testSigpipe?git:(master)???./a.out?&&?echo?"hello?world"?#hello
c?語言
hello?world

可以看出，正如我們所期望的一樣，main函數(shù)返回0，代表函數(shù)正常退出，執(zhí)行成功；返回非0，代表函數(shù)出先異常，執(zhí)行失敗。

main函數(shù)傳參

首先說明的是，可能有些人認(rèn)為main函數(shù)是不可傳入?yún)?shù)的，但是實(shí)際上這是錯(cuò)誤的。main函數(shù)可以從命令行獲取參數(shù)，從而提高代碼的復(fù)用性。

函數(shù)原形

為main函數(shù)傳參時(shí)，可選的main函數(shù)原形為：

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

參數(shù)說明：

①、第一個(gè)參數(shù)argc表示的是傳入?yún)?shù)的個(gè)數(shù) 。

②、第二個(gè)參數(shù)char* argv[]，是字符串?dāng)?shù)組，用來存放指向的字符串參數(shù)的指針數(shù)組，每一個(gè)元素指向一個(gè)參數(shù)。各成員含義如下：

argv[0]：指向程序運(yùn)行的全路徑名。

argv[1]：指向執(zhí)行程序名后的第一個(gè)字符串 ，表示真正傳入的第一個(gè)參數(shù)。

argv[2]：指向執(zhí)行程序名后的第二個(gè)字符串 ，表示傳入的第二個(gè)參數(shù)。

……argv[n]：指向執(zhí)行程序名后的第n個(gè)字符串 ，表示傳入的第n個(gè)參數(shù)。

規(guī)定：argv[argc]為NULL ，表示參數(shù)的結(jié)尾。

③、第三個(gè)參數(shù)char* envp[]，也是一個(gè)字符串?dāng)?shù)組，主要是保存這用戶環(huán)境中的變量字符串，以NULL結(jié)束。envp[]的每一個(gè)元素都包含ENVVAR=value形式的字符串，其中ENVVAR為環(huán)境變量，value為其對(duì)應(yīng)的值。

envp一旦傳入，它就只是單純的字符串?dāng)?shù)組而已，不會(huì)隨著程序動(dòng)態(tài)設(shè)置發(fā)生改變。可以使用putenv函數(shù)實(shí)時(shí)修改環(huán)境變量，也能使用getenv實(shí)時(shí)查看環(huán)境變量，但是envp本身不會(huì)發(fā)生改變；平時(shí)使用到的比較少。

注意：main函數(shù)的參數(shù)char* argv[]和char* envp[]表示的是字符串?dāng)?shù)組，書寫形式不止char* argv[]這一種，相應(yīng)的argv[][]和char** argv均可。

char* envp[]

寫個(gè)小測(cè)試程序，測(cè)試main函數(shù)的第三個(gè)參數(shù)：

#include?

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

????while(envp[i++])
????{
????????printf("%s
",?envp[i]);
????}

????return?0;
}

運(yùn)行結(jié)果：部分截圖

envp[] 獲得的信息等同于Linux下env命令的結(jié)果。

常用版本

在使用main函數(shù)的帶參版本的時(shí)，最常用的就是：**int main(int argc , char* argv[]）;**變量名稱argc和argv是常規(guī)的名稱，當(dāng)然也可以換成其他名稱。

命令行執(zhí)行的形式為：可執(zhí)行文件名 參數(shù)1 參數(shù)2 … … 參數(shù)n?？蓤?zhí)行文件名稱和參數(shù)、參數(shù)之間均使用空格隔開。

示例程序

#include?

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

????int?i;
????printf("Total?%d?arguments
",argc);

????for(i?=?0;?i?????{
????????printf("
Argument?argv[%d]??=?%s?
",i,?argv[i]);
????}

????return?0;
}

運(yùn)行結(jié)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為程序名?1為第一個(gè)參數(shù)?，?2?為第二個(gè)參數(shù)，?3?為第三個(gè)參數(shù)
Total?4?arguments
Argument?argv[0]??=?./a.out?
Argument?argv[1]??=?1?
Argument?argv[2]??=?2?
Argument?argv[3]??=?3?
Argument?argv[4]??=?(null)????#默認(rèn)argv[argc]為null

main的執(zhí)行順序

可能有的人會(huì)說，這還用說，main函數(shù)肯定是程序執(zhí)行的第一個(gè)函數(shù)。那么，事實(shí)果然如此嗎？相信在看了本節(jié)之后，會(huì)有不一樣的認(rèn)識(shí)。

為什么說main（）是程序的入口

linux系統(tǒng)下程序的入口是”_start”，這個(gè)函數(shù)是linux系統(tǒng)庫（Glibc）的一部分，當(dāng)我們的程序和Glibc鏈接在一起形成最終的可執(zhí)行文件的之后，這個(gè)函數(shù)就是程序執(zhí)行初始化的入口函數(shù)。通過一個(gè)測(cè)試程序來說明：

#include?

int?main()
{
????printf("Hello?world
");
????return?0;
}

編譯：

gcc testmain.c -nostdlib 　　　　＃ -nostdlib (不鏈接標(biāo)準(zhǔn)庫)

程序執(zhí)行會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤：/usr/bin/ld: warning: cannot find entry symbol _start;　未找到這個(gè)符號(hào)

所以說：

1. 編譯器缺省是找 __start 符號(hào)，而不是 main
2. __start 這個(gè)符號(hào)是程序的起始
3. main 是被標(biāo)準(zhǔn)庫調(diào)用的一個(gè)符號(hào)

那么，這個(gè)_start和main函數(shù)有什么關(guān)系呢？下面我們來進(jìn)行進(jìn)一步探究。

_start函數(shù)的實(shí)現(xiàn)該入口是由ld鏈接器默認(rèn)的鏈接腳本指定的，當(dāng)然用戶也可以通過參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。_start由匯編代碼實(shí)現(xiàn)。大致用如下偽代碼表示：

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);
}

對(duì)應(yīng)的匯編代碼如下：

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

?push?esp?//參數(shù)7保存當(dāng)前棧頂
?push?edx?//參數(shù)6
?push?__libc_csu_fini//參數(shù)5
?push?__libc_csu_init//參數(shù)4
?push?ecx?//參數(shù)3
?push?esi?//參數(shù)2
?push?main//參數(shù)1
?call?_libc_start_main

hlt

可以看出，在調(diào)用_start之前，裝載器就會(huì)將用戶的參數(shù)和環(huán)境變量壓入棧中。

main函數(shù)運(yùn)行之前的工作

從_start的實(shí)現(xiàn)可以看出，main函數(shù)執(zhí)行之前還要做一系列的工作。主要就是初始化系統(tǒng)相關(guān)資源：

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.設(shè)置棧指針

2.初始化static靜態(tài)和global全局變量，即data段的內(nèi)容

3.將未初始化部分的賦初值：數(shù)值型short，int，long等為0，bool為FALSE，指針為NULL，等等，即.bss段的內(nèi)容

4.運(yùn)行全局構(gòu)造器，類似c++中全局構(gòu)造函數(shù)

5.將main函數(shù)的參數(shù)，argc，argv等傳遞給main函數(shù)，然后才真正運(yùn)行main函數(shù)

main之前運(yùn)行的代碼

下面，我們就來說說在mian函數(shù)執(zhí)行之前到底會(huì)運(yùn)行哪些代碼：（1）全局對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)會(huì)在main 函數(shù)之前執(zhí)行。

（2）一些全局變量、對(duì)象和靜態(tài)變量、對(duì)象的空間分配和賦初值就是在執(zhí)行main函數(shù)之前，而main函數(shù)執(zhí)行完后，還要去執(zhí)行一些諸如釋放空間、釋放資源使用權(quán)等操作

（3）進(jìn)程啟動(dòng)后，要執(zhí)行一些初始化代碼（如設(shè)置環(huán)境變量等），然后跳轉(zhuǎn)到main執(zhí)行。全局對(duì)象的構(gòu)造也在main之前。

（4）通過關(guān)鍵字attribute，讓一個(gè)函數(shù)在主函數(shù)之前運(yùn)行，進(jìn)行一些數(shù)據(jù)初始化、模塊加載驗(yàn)證等。

示例代碼

①、通過關(guān)鍵字attribute

#include?

__attribute__((constructor))?void?before_main_to_run()?
{?
????printf("Hi～,i?am?called?before?the?main?function!
");
????printf("%s
",__FUNCTION__);?
}?

__attribute__((destructor))?void?after_main_to_run()?
{?
????printf("%s
",__FUNCTION__);?
????printf("Hi～,i?am?called?after?the?main?function!
");
}?

int?main(?int?argc,?char?**?argv?)?
{?
????printf("i?am?main?function,?and?i?can?get?my?name(%s)?by?this?way.
",__FUNCTION__);?
????return?0;?
}

②、全局變量的初始化

#include?

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，我們就聊完了main函數(shù)執(zhí)行之前的事情，那么，你是否還以為main函數(shù)也是程序運(yùn)行的最后一個(gè)函數(shù)呢？

結(jié)果當(dāng)然不是，在main函數(shù)運(yùn)行之后還有其他函數(shù)可以執(zhí)行，main函數(shù)執(zhí)行完畢之后，返回到入口函數(shù)，入口函數(shù)進(jìn)行清理工作，包括全局變量析構(gòu)、堆銷毀、關(guān)閉I/O等，然后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束進(jìn)程。

main函數(shù)之后執(zhí)行的函數(shù)

１、全局對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)會(huì)在main函數(shù)之后執(zhí)行；　2、用atexit注冊(cè)的函數(shù)也會(huì)在main之后執(zhí)行。

atexit函數(shù)

原形：

int?atexit(void?(*func)(void));?

atexit 函數(shù)可以“注冊(cè)”一個(gè)函數(shù)，使這個(gè)函數(shù)將在main函數(shù)正常終止時(shí)被調(diào)用，當(dāng)程序異常終止時(shí)，通過它注冊(cè)的函數(shù)并不會(huì)被調(diào)用。

編譯器必須至少允許程序員注冊(cè)32個(gè)函數(shù)。如果注冊(cè)成功，atexit 返回0，否則返回非零值，沒有辦法取消一個(gè)函數(shù)的注冊(cè)。

在 exit 所執(zhí)行的任何標(biāo)準(zhǔn)清理操作之前，被注冊(cè)的函數(shù)按照與注冊(cè)順序相反的順序被依次調(diào)用。每個(gè)被調(diào)用的函數(shù)不接受任何參數(shù)，并且返回類型是 void。被注冊(cè)的函數(shù)不應(yīng)該試圖引用任何存儲(chǔ)類別為 auto 或 register 的對(duì)象（例如通過指針），除非是它自己所定義的。

多次注冊(cè)同一個(gè)函數(shù)將導(dǎo)致這個(gè)函數(shù)被多次調(diào)用。函數(shù)調(diào)用的最后的操作就是出棧過程。main()同樣也是一個(gè)函數(shù)，在結(jié)束時(shí)，按出棧的順序調(diào)用使用atexit函數(shù)注冊(cè)的，所以說，函數(shù)atexit是注冊(cè)的函數(shù)和函數(shù)入棧出棧一樣，是先進(jìn)后出的，先注冊(cè)的后執(zhí)行。通過atexit可以注冊(cè)回調(diào)清理函數(shù)?？梢栽谶@些函數(shù)中加入一些清理工作，比如內(nèi)存釋放、關(guān)閉打開的文件、關(guān)閉socket描述符、釋放鎖等等。

#include
#include

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

int?main(?void?)

{
??//注意使用atexit注冊(cè)的函數(shù)的執(zhí)行順序：先注冊(cè)的后執(zhí)行
????atexit(?fn0?);??
????atexit(?fn1?);??
????atexit(?fn2?);??
????atexit(?fn3?);??
????atexit(?fn4?);

????printf(?"This?is?executed?first.
"?);
????printf("main?will?quit?now!
");

????return?0;

}

void?fn0()
{
????printf(?"first?register?，last?call
"?);
}

void?fn1(
{
????printf(?"next.
"?);
}

void?fn2()
{
????printf(?"executed?"?);
}

void?fn3()
{
????printf(?"is?"?);
}

void?fn4()
{
????printf(?"This?"?);
}