运行库

入口函数和程序初始化

程序从 main 开始的吗？

程序从 main 函数开始。但是事情的真相真是如此吗？如果你善于观察，就会发现当程序执行到 main 函数的第一行时，很多事情都已经完成了。

#include 
#include 

int a = 2;

int main(int argc, char* argv[])
{
    int * p = (int *)malloc(sizeof(int));
    scanf("%d", p);
    printf("%d", a + * p);
    free(p);
}

从代码中我们可以看到，在程序刚刚执行到 main 函数的时候，全局变量的初始化进程已经结束了（a 的值已经确定），main 函数的两个参数（argc 和 argv）也被正确传了进来。此外，在你不知道的时候，堆和栈的初始化也悄悄地完成了，一些系统 I/O 也被初始化了，因此可以放心地使用 printf 和 malloc。

操作系统装载程序之后，首先运行的代码并不是 main 的第一行，而是某些别的代码，这些代码负责准备好 main 函数执行所需要的环境，并且负责调用 main 函数，这时候你才可以在 main 函数里放心大胆地写各种代码：申请内存、使用系统调用、触发异常、访问I/O。在 main 返回之后，它会记录 main 函数的返回值，调用 atexit 注册的函数，然后结束进程。

运行这些代码的函数称为 入口函数或入口点（Entry Point），视平台的不用而有不同的名字。程序的入口点实际上是一个程序的初始化和结束部分，它往往是运行库的一部分。一个典型的程序运行步骤大致如下：

• 操作系统在创建进程后，把控制权交到了程序的入口，这个入口往往是运行库中的某个入口的函数。
• 入口函数对运行库和程序运行环境进行初始化，包括堆、I/O、线程、全局变量构造，等等。
• 入口函数在完成初始化之后，调用 main 函数，正式开始执行程序的主体部分。
• main 函数执行完毕以后，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。

入口函数如何实现

大部分程序员在平时都接触不到入口函数，为了对入口函数进行详细的了解，接下来我们介绍一下微软（MS）的VC运行库 MSVC。Linux的VC运行库 glibc 道理基本一致。

MSVC 的 CRT 默认的入口函数名为 mainCRTStartup。mainCRTStartup 的总体流程为：

1. 初始化和 OS 版本有关的全局变量。
2. 初始化堆。
3. 初始化 I/O。
4. 获取命令行参数和环境变量。
5. 初始化 C 库的一些数据。
6. 调用 main 并记录返回值。
7. 检查错误并将 main 的返回值返回。

运行库

我们知道，C++ 这样的语言的实现时跟编译器密切相关的，而 glibc 只是一个 C 语言运行库，它对 C++ 的实现并不了解。而 GCC 是 C++ 的真正实现者，它对 C++ 的全局构造和析构了如指掌。于是它提供了两个目标文件 crtbeginT.o 和 crtend.o 来配合 glibc 实现 C++ 的全局构造和析构。事实上 crti.o 和 crtn.o 中的 ".init" 和 ".finit" 提供一个在 main() 之前和之后运行代码的机制 ，而真正构造和析构则由 crtbeginT.o 和 crtend.o 来实现。

运行库与多线程

线程局部存储实现

很多时候，开发者在编写多线程程序的时候希望存储一些线程私有的数据。我们知道，属于每个线程私有的数据包括线程的栈和当前的寄存器，但是这两种存储都是非常不可靠的，栈会在每个函数退出和进入的时候被改变；而寄存器更是少得可怜，我们不可能拿寄存器去存储所需要的数据。假设我们要在线程中使用一个全局变量，但希望这个全局变量是线程私有的，而不是所有线程共享的，该怎么办呢？这时候就须要用到 线程局部存储（TLS,Thread Local Storage） 这个机制了。TLS 的用法很简单，如果要定义一个全局变量为 TLS 类型的，只需要在它定义前加上相应的关键字即可。

我们知道对于一个 TLS 变量来说，它有可能是一个 C++ 的全局变量，那么每个线程在启动时不仅仅是复制 .tls 的内容那么简单，还需要把这些 TLS 对象初始化，必须逐个地调用它们的全局构造函数，而且当线程退出时，还要逐个地将它们析构，正如普通的全局对象在进程启动和退出时都要构造、析构一样。