Linux中的入口函数main

main()函数，想必大家都不陌生了，从刚开始写程序的时候，大家便开始写main(),我们都知道main是程序的入口。那main作为一个函数，又是谁调用的它，它是怎么被调用的，返回给谁，返回的又是什么？这次我们来探讨一下这个问题。

1. main()函数的形式
先来说说main函数的定义，较早开始写C程序的肯定都用过这样的定义void main(){}，其实翻翻C/C++标准，从来没有定义过void main()。
在C标准中main的定义只有两种:
        int main(void)
        int main(int argc, char *argv[])
        在C++标准中main的定义也只有两种:
        int main( )
        int main(int argc, char *argv[])
   
    换句话说：当你的程序不需要命令行参数的时候用int main(), 当需要命令行参数的时候请使用int main(int argc, char *argv[])
   
    不过标准归标准，在不同的平台上，不同的编译器中对main()的定义方式总有自己的实现，比如早期编译器对void main()的支持(现在gcc也支持，不过会给出一个warning)。特别的，因为历史的原因，在Unix-like平台上，大多还支持
        int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
    其使用方式我们稍后再谈。

2. main()函数的返回    
    int main(...) 意味着需要return一个int值，如果不写，有的编译器会自动帮你添加一个return 0;,而有的则会返回一个随机值。为了避免不必要的问题，建议写的时候还是加上一个return 0;,浪费不了你多少时间，不是吗？
    所以一个完整的test.c文件应该为:
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        return 0;
    }
    当然我们也可以尝试着让main返回一个long, double甚至是struct，更改main函数中的形参定义。这在有些编译器上是能编译通过的，不过可能会有一些警告(如GCC)。但是运行的时候如果编译器能做转换的还好，如返回long,float. 如果不能的话(如返回struct，或者main(int argc, char *argv0,char *argv1,char *argv2))会造成segmentation fault。
   
   
3. main()的调用和返回
    在了解了main()函数的定义和返回形式后，我们再来看看main函数是怎么被调用的，它又"return"给了谁。在"gcc的编译过程"一中，我们回顾了程序从源码到可执行程序的过程，在"应用程序在linux上是如何被执行的"一文中，我们回顾了可执行文件怎么被操作系统加载的，今天我们继续这个过程。
上文提到不管是在load_elf_binary()中或者使用了动态链接库，最后都执行到了应用程序的入口。不过这个入口不是main.而是_start()。
执行
    gcc -o test test.c
    readelf -a test
    可以看到test文件的Entry point address是0x80482e0，在往后看，这个地址是.text的地址(代码段的开始),也是_start()的地址。在_start()中又会调用__libc_start_main()，主要做一些程序的初始化工作，感兴趣的同学可以读读glibc中的源码，注释很清楚。然后主角登场了，在__libc_start_main()中最后会调用
    int result = main (argc, argv, __environ MAIN_AUXVEC_PARAM);//这是Unix-like下main函数的调用方式，这下大家明白main函数中形参的由来了吧。
    result中放着main函数的返回值，然后带着这个值退出。
    exit (result);

注意：虽然main函数是一个特殊的函数，是程序运行的入口，但它毕竟也是一个函数，是可以被调用的。如：

 int   main()
    {
        if(...)
            return   ;
        main();
        return   ;
    }  

不过要小心调用方式，和退出条件，避免无穷递归。

4. shell中执行程序
    通过前几次和上面的分析，我们终于基本弄清了应用程序的执行过程,再回顾一遍: 在某个交互式shell中敲入./test, 此shell fork()/clone()出一个子进程，这个子进程执行
    
    execve("./test",char * const argv[], char * const envp[])
    
    execve加载./test,并把参数argv[]，envp[]一步一步传递下去。加载了./test之后，从./test的入口开始执行，即ELF文件中的_start(),_start()调用__libc_start_main(),最后到了main。
    
    int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
    
    看着这个main的定义和execve相似吧，没错main中的参数都是execve一步步传递下来的。argc是命令行参数个数，argv[]存储着各个参数的指针(注意argv[0]通常是程序名,argv[1]开始才是命令行参数。这是由shell设置的)，envp[]存储着环境变量表。然而在标准C中只定义了int main(int argc, char *argv[]),所以unix-like平台也提供了全局变量environ指向环境变量表。
    extern char **environ;
    当然也可以用getenv和putenv来访问特定的环境变量。

对了，父shell还在wait()./test的结束呢，不错，test中main函数return的值,在被__libc_start_main() exit之后，终于被父shell抓住了，可以用$?访问。
    如$> ./test
      $> echo $?
    可以得到test返回的值。这样，你就知道main()函数中return的意义，以及如何在shell中使用了吧。尽管可以return任何值，也建议用return 0来表示程序正常结束。这样别人用shell脚本调用你写的程序的时候，就可以$?等于0来判断你的程序是否正常执行了。

最后小结一下:
1. 避免使用void main()，尽量使用int main() 或者 int main(int argc, char *argv[])。
2. 在main的结尾记得 return int;, 最好用return 0;表示程序的正常结束。
3. main函数和普通函数一样也是能被调用的。
4. main return的值最终会返回给其调用者，如shell中执行的程序，可以在shell中用$?得到其返回值。
5. 在unix-like环境中，可以使用int main(int argc, char *argv[], char *envp[])， extern char **environ; , getenv()等方式来得到环境变量。