C/C++ 运行库

C/C++ 运行库

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

变长参数宏

GCC：

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

MSVC:

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

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。

hljs cpp">#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.
4000
*/
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。