C/C++ 运行库

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       任何一个C 程序，它的背后都有一套庞大的代码来进行支撑，以使得该程序能够正常运行。这套代码至少包括入口函数，及其所依赖的函数所构成的函数集合。另外包括各种标准库函数的实现。
       这样的一个代码集合称之为运行时库（Runtime Library），C 语言的运行时库，称为 C 运行库（CRT）。
       C 运行库大致包含的功能：

• 启动与退出函数
• 由C 语言标准规定的C 语言标准库所拥有的函数实现。
• I/O 功能的封装与实现。
• 堆的封装和实现
• 语言中一些特殊功能的实现。
• 实现调试功能的代码。

C语言标准库

C语言的标准库非常轻量，仅仅包含了数学函数、字符/字符串处理，I/O 等基本方面。

• 标准输入输出—-stdio.h
• 文件操作—-stdio.h
• 字符操作—-ctype.h
• 字符串操作—-string.h
• 数学函数—-math.h
• 资源管理—-stdlib.h
• 格式管理—-stdlib.h
• 时间/日期—-time.h
• 断言—-assert.h
• 各种类型的常数—-limits.h & float.h
• 变长参数—-stdarg.h
• 非局部跳转—-setjmp.h

1. 变长参数宏

   GCC：
   #define printf(args...) fprintf(stdout,##args)

   MSVC:
   #define printf(...) fprintf(stdout,__VA_ARGS__);

2. 非局部跳转
          使用非局部跳转，可以实现从一个函数体内向另一个事先登记过的函数体内跳转，而不必担心堆栈混乱。

#include<setjmp.h>jmp_buf b;void f(){    longjmp(b,1);}int main(){    if(setjmp(b))    {        printf("World!\n");    }    else    {        printf("Hello ");        f();    }    return 0;}

       运行库是平台相关的,C 语言的运行库从某种程度上说是C 语言的程序和不同操作系统平台之间的抽象层，将不同的操作系统API 抽象成了相同的库函数。但是C 运行库的功能毕竟有限，比如创建线程等操作，不同的操作系统完全不同。我们不得不通过其它的方法，绕过C 语言运行库直接调用操作系统API 或使用其它的库。Linux 和 Windows 平台下两个主要C 语言的运行库分别为glibc 和 MSVCRT。像线程操作这样的功能，虽然不是标准C 语言运行库的一部分，也现在两个库中，因此glibc 和 MSVCRT 事实上是标准C 语言运行库的超集。

• glibc 组成
         主要包含两部分：1.头文件，比如stdio.h、stdlib.h等。往往位于/usr/include。2.库的二进制文件部分，分为静态和动态两个版本。动态：/lib/libc.so.6 。非静态：/usr/lib/libc.a。另外还有辅助程序运行的运行库：/usr/lib/crtl.o、/usr/lib/crti.o 和 /usr/lib/crtn.o。这几个文件虽然小，但都是程序运行的最关键的文件。

• MSVC CRT
  命名规则如下：
  libc [p] [mt] [d] .lib
    p 表示 C++ 标准库
    mt 表示支持多线程
    d 表示调试版本

常见的MSVC CRT 版本

文件名 相关的DLL 属性 编译器选项 预编译宏 libcmt.lib 无 多线程，静态链接 /MT _MT msvcrt.lib msvcr80.dll 多线程、动态链接 /MD _MT、_DLL libcmtd.lib 无 多线程、静态链接、调试 /MTd _DEBUG、_MT msvcrtd.lib msvcr90d.dll 多线程、动态链接、调试 /MDd _DEBUG、_MT、_DLL msvcmrt.lib msvcm90.dll 托管/本地混合代码 /clr msvcurt.lib msvcm90.dll 纯托管代码 /clr:pure

当我们在程序里包含某个C++ 标准库的头文件时，MSVC 编译器认为该源代码文件是一个C++ 源代码程序，会在编译时根据编译选项，在目标文件的”.drectve”段相应的C++ 标准库连接相应的C++ 标准库信息。

C++ CRT

文件名 相关的DLL 属性 编译器选项 预编译宏 LIBCPMT.LIB 无 多线程，静态链接 /MT _MT MSVCPRT.LIB MSVCP90.dll 多线程、动态链接 /MD _MT、_DLL LIBCPMTD.LIB 无 多线程、静态链接、调试 /MTd _DEBUG、_MT MSVCPRTD.LIB MSGCP90D.DLL 多线程、动态链接、调试 /MDd _DEBUG、_MT、_DLL

运行库与多线程

线程私有 线程之间共享 局部变量 函数的参数 TLS数据 全局变量 堆上的数据 函数里的静态变量 程序代码 文件资源

多线程运行库主要包含两方面的支持：

• 提供多线程操作的接口，如创建线程、退出线程、设置线程优先级等函数
• 运行库本身能够在多线程环境下正确的执行

CRT 为支持多线程所做的改进

• 使用TLS
  TLS 即线程局部存储，多线程环境下，设置错误代码时将值设置到TLS 中，以免引起混乱。

• 加锁
  线程不安全的函数内部自动加锁，包括malloc printf 等。

• 改进函数调用方式
  比如strtok 函数内部实现使用了一个char* 类型的静态局部变量，新版本将添加一个char* 指针参数，替代原来的静态局部变量的功能，但同时，使用此函数的源代码需要进行相应的修改。

C++ 全局构造与析构

• glibc 全局构造与析构
  “.init” 和 “.finit”段，这两个段中的代码最终会被拼成两个函数_init() 和 _finit(),这两个函数会先于/后于 main 函数执行。
  调用流程如下：
  _start->__libc_start_main->__libc_csu_init->_init->__do_global_ctors_aux。

void __do_global_ctors_aux(void){    /* call constructor functions. */    unsigned long nptrs = (unsigned long) __CTOR_LIST__(0);    unsigned i;    for(i = nptrs; i >= 1; i--)        __CTOR_LIST__[i]();}

_CTOR_LIST_数组的第一个元素为元素的个数，下面的对应个数的函数即各个模块的全局构造函数。

析构函数的实现是通过__exa_atexit()在exit()函数中注册进程退出回调函数来实现析构。按照构造的逆序注册对应的析构函数。

• MSVCRT 全局构造与析构
  mainCRTStartup->_initterm

typedef void (__cdecl * _PVFV)();static void __cdecl _initterm(_PVFV* pfbegin,_PVFV* pfend){    while ( pfbegin < pfend)    {        if(*pfbegin != NULL)            (**pfbegin)();        ++ pfbegin;    }}

析构函数
同Glibc,通过atexit() 实现全局析构。