没有main函数的helloworld


作者:littlewhite

几乎所有程序员的第一堂课都是学习helloworld程序,下面我们再来重温一下经典的C语言helloworld

/* hello.c */
#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("hello world!\n");
    return 0;
}

这是一个简单得不能再简单的程序,但它包含有一个程序最重要的部分,那就是我们再几乎所有代码中都能看到的main函数,我们编译成可执行文件并查看符号表,过滤出里面的函数如下(为了方便查看我手动调整了grep的输出的格式,所以和你的输出格式是不一样的)

$ gcc hello.c -o hello
$ readelf -s hello | grep FUNC
Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
27: 000000000040040c     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   13 call_gmon_start
32: 0000000000400430     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   13 __do_global_dtors_aux
35: 00000000004004a0     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   13 frame_dummy
40: 0000000000400580     0 FUNC    LOCAL  DEFAULT   13 __do_global_ctors_aux
47: 00000000004004e0     2 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 __libc_csu_fini
48: 00000000004003e0     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 _start
51: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND puts@@GLIBC_2.2.5
52: 00000000004005b8     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   14 _fini
53: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_main@@GLIBC_
58: 00000000004004f0   137 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 __libc_csu_init
62: 00000000004004c4    21 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 main
63: 0000000000400390     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   11 _init

大家都知道用户的代码是从main函数开始执行的,虽然我们只写了一个main函数,但从上面的函数表我们还有其它很多函数,比如_start函数。实际上程序真正的入口并不是main函数,我们以下面命令对hello.c代码进行编译

$ gcc hello.c -nostdlib
/usr/bin/ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 0000000000400144

-nostdlib命令是指不链接标准库,我们看到报错说找不到entry symbol _start,这里是说找不到入口符号_start,也就是说程序的真正入口是_start函数

实际上main函数只是用户代码的入口,它会由系统库去调用,在main函数之前,系统库会做一些初始化工作,比如分配全局变量的内存,初始化堆、线程等,当main函数执行完后,会通过exit()函数做一些清理工作,用户可以自己实现_start函数

/* hello_start.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

_start(void)
{
    printf("hello world!\n");
    exit(0);
}

我们执行如下编译命令并运行

$ gcc hello_start.c -nostartfiles -o hello_start
$ ./hello_start
hello world!

这里的-nostartfiles的功能是Do not use the standard system startup files when linking,也就是不使用标准的startup files,但是还是会链接系统库,所以程序还是可以执行的。同样我们查看符号表

$ readelf -s hello_start | grep FUNC
Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
20: 0000000000400350    24 FUNC    GLOBAL DEFAULT   10 _start
21: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND puts@@GLIBC_2.2.5
22: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND exit@@GLIBC_2.2.5    

现在就只剩下三个函数了,并且都是我们自己实现的,其中printf由于只有一个参数会被编译器优化为puts函数,在编译时加-fno-builtin选项可以关掉优化

如果我们在_start函数中去掉exit(0)语句,程序执行会出core,这是因为_start函数执行完程序就结束了,而我们自己实现的_start里面没有调用exit()去清理内存

好不容易去掉了main函数,这时又发现必须得有一个_start函数,是不是让人很烦,其实_start函数只是一个默认入口,我们是可以指定入口的

/* hello_nomain.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int nomain()
{
    printf("hello world!\n");
    exit(0);
}

采用如下命令编译

$ gcc hello_nomain.c -nostartfiles -e nomain -o hello_nomain

其中-e选项可以指定程序入口符号,查看符号表如下

$ readelf -s hello_nomain | grep FUNC
Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
20: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND puts@@GLIBC_2.2.5
21: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND exit@@GLIBC_2.2.5
22: 0000000000400350    24 FUNC    GLOBAL DEFAULT   10 nomain

对比hello_start的符号表发现只是将_start换成了nomain

到这里我们就很清楚了,程序默认的入口是标准库里的_start函数,它会做一些初始化工作,调用用户的main函数,最后再做一些清理工作,我们可以自己写_start函数来覆盖标准库里的_start,甚至可以自己指定程序的入口

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