Linux下main函数启动过程【程序员自我修养笔记】【自用】

1. 入口函数和程序初始化

1.1 程序从main开始吗?

当程序执行到main函数的第一行时，很多事情都已经完成了：

【证1】如下是一段C语言代码：

• 代码中可以看到，在程序刚刚执行到main的时候，全局变量的初始化过程已经结束了（a的值已经确定）；

• main函数的两个参数（argc 和 argv）也被正确的传了进来；

• 此外，堆和栈的初始化 已经完成；

• 一些 系统I/O 也被初始化了，因此，可以放心的使用printf和malloc。

【证2】如下是一段C++ 代码，main之前能够执行的代码还会更多，如下：

 

在这里，对象v的构造函数，以及用于初始化全局变量g的函数foo都会在main之前调用。

用于初始化全局变量g的函数： 

#include <iostream>
using namespace std;

int foo()
{
    cout << "这个是用来初始化全局变量的函数" << endl;
    return 1;
}


int g = foo();


int main()
{
    cout << "这是main函数中第一条语句" << endl;
        
    cout << "main函数中直接输出g: " << g << endl;

    cout << "这是main函数中最后一条语句" << endl;

    return 0;
}

作为全局变量的对象的构造函数：

#include <iostream>    
                       
using namespace std;   

class MyString {       
private :
    int len;
public:
    MyString(int t = 0) : len(t) { cout << "默认构造函数" << t << endl; }
  int getLen() {
        return len;
    }
    ~MyString() { cout << "析构函数调用" << len << endl; }

};

MyString t(1);

int main()
{
    cout << "这是主函数里面的第一行语句
";

    MyString a(2);

    cout << "这是主函数里最后一行语句
";
    
    return 0;
}

 

【证3】atexit：特殊的函数，接收一个函数指针作为参数，并保证在程序正常退出（指从main里返回或调用exit函数时），这个函数指针指向的函数会被调用。如：

•  atexit函数注册的函数的调用时机是在 main结束之后
• 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。

由这些可以看出，首先运行的代码并不是main的第一行，而是某些特别的代码，这些代码负责准备好main函数执行需要的环境。

由此可知，程序的入口点实际上是一个 程序的初始化和结束部分，它往往是库的的一部分。

 

1.2 main函数形式

(1) Linux下常见的main函数形式：

• int main(int argc, char *argv[])
• int main(int argc, char **argv) 

(2)其他形式：

• int main()
• int main(int argc, char **argv, char **envp)  

(3) main函数的参数：

• argc：命令行参数的个数（包括最开始的可执行文件名称）
• argv：字符指针的数组，每个元素都是一个指向字符串的字符指针，即命令行中的每一个参数；命令行参数的列表，数组长度对应argc
• envp：字符指针的数组，每一个元素是 指向一个环境变量的字符指针; 它里面存放了当前系统的所有环境变量，环境变量指的是一大组字符串，代表系统开始运行时加载一些东西

3. 分析Linux操作系统如何装载链接并执行程序

尽量描述简单，不讲源码，先看如下的图：

Linux程序加载过程如图：

 

4. 总结

简短的说，整个在shell中键入./test执行应用程序的过程为：

• 当前shell进程fork出一个子进程(子shell)

• 子进程使用execve来脱离和父进程的关系，加载test文件(ELF格式)到内存中。

• 如果test使用了动态链接库，就需要加载动态链接器(或者叫程序解释器)，进一步加载test使用到的动态链接库到内存，并重定位以供test调用。

• 最后从test的入口地址开始执行test。