干货 | 深度剖析C语言的main函数

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 " );
}