C语言程序运行时的一些细节

本章可以看作是《Unix 环境高级编程》Ch7 的笔记。

C 程序运行的开始和结束

一个可以运行的 C 语言总要有一个 main 函数，main 函数现在的完整定义是 int main(int argc, char *argv[] ) ，现在的 C 语言已经不允许写成 void main() 的形式了，main 函数必须有返回值，如果 main 函数没有返回值，那么编译器会在最后默认加上 return 0 的语句。

C 语言从 main 函数开始运行是一个约定俗成的东西，甚至影响了后面的好多语言也是从类似名为 main 函数的入口开始运行程序。但是当内核执行 C 语言程序的时候，并不是直接调用了 main 函数，而是先通过一个特殊的启动程序 (a special start-up routine)，这个特殊的启动程序将作为程序的起始地址开始运行，启动程序会从内核中获取命令行参数和环境变量值，然后去调用 main 函数。

一个进程的正常终止是有五种方式：

从 main 函数返回
调用 exit 函数。
调用 _exit 函数或者 _Exit 函数。
最后一个线程从其启动例程返回。
从最后一个线程调用 pthread_exit 。

所以，这个启动的例程实际上调用的是 exit(main(argc, argv[])) 这个函数。

退出程序有三种分别是

exit()
_exit()
_Exit()

C 语言结束的时候，也是调用的 exit 函数，exit 函数在执行的时候，会先执行一些清理处理，并且关闭所有可能的 IO 流，对所有在缓冲的数据进行冲洗。

如果直接调用 _exit 或者 _Exit 函数，则会直接退出，进入内核。

这三个函数都有一个调用参数，称为终止状态，如果调用这些函数不带这个终止状态，或者 main 函数执行了一个没有返回值的 return 语句（这个时候相当于调用的 exit 函数没有参数），或者 main 函数没有声明返回值为整数类型，那么这个进程终止的状态就是未定义的。否则，进程的终止状态就是 0 。

一个完整的 C 语言的启动过程如图。

我们之前说过，exit 函数退出的时候，还需要进行收尾工作，那么如果我们想自定义这个收尾工作的话，可以调用 atexit () 函数，它会登记我们想要调用的收尾工作调用的函数，然后让 exit 自动进行调用。这些收尾函数可以称为 handler 。

atexit 函数原型如下，它的参数是一个函数地址，exit 调用这些函数的顺序与登记这些函数的顺序相反，可以理解为存在一个handler 函数栈，越后登记的函数越先被调用。

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

C 程序的存储空间布局

一个典型的C语言程序结构如图。

C 程序一般由几个部分组成，

正文段/程序段 (text) ，就是记录了程序的二进制代码。通常是只读的，防止出现意外指令被改写。
初始化数据段 (Data) 存储已经初始化的全局变量或者静态变量。
未初始化数据段（BSS）保存了未初始化的静态变量，在程序家在的时候会将此段中的数据初始化为 0 。
栈保存局部变量，函数调用栈信息，程序开始时自动分配内存，结束后自动释放内存。递归函数调用的时候，会形成一个新的栈帧，函数调用不会互相影响。
堆在堆中进行动态的内存分配，需要手动分配和释放内存。