Linux上程式執行的入口--Main

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main()函數，想必大家都不陌生了，從剛開始寫程式的時候，大家便開始寫main(),我們都知道main是程式的入口。那main作為一個函數，又是誰調用的它，它是怎麼被調用的，返回給誰，返回的又是什嗎？這次我們來探討一下這個問題。

1. main()函數的形式
先來說說main函數的定義，較早開始寫C程式的肯定都用過這樣的定義void main(){}，其實翻翻C/C++標準，從來沒有定義過void main()。
在C標準中main的定義只有兩種:
        int main(void)
        int main(int argc, char *argv[])
        在C++標準中main的定義也只有兩種:
        int main( )
        int main(int argc, char *argv[])
   
    換句話說：當你的程式不需要命令列參數的時候用int main(), 當需要命令列參數的時候請使用int main(int argc, char *argv[])
   
    不過標準歸標準，在不同的平台上，不同的編譯器中對main()的定義方式總有自己的實現，比如早期編譯器對void main()的支援(現在gcc也支援，不過會給出一個warning)。特別的，因為曆史的原因，在Unix-like平台上，大多還支援
        int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
    其使用方式我們稍後再談。

2. main()函數的返回    
    int main(...) 意味著需要return一個int值，如果不寫，有的編譯器會自動幫你添加一個return 0;,而有的則會返回一個隨機值。為了避免不必要的問題，建議寫的時候還是加上一個return 0;,浪費不了你多少時間，不是嗎？
    所以一個完整的test.c檔案應該為:
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        return 0;
    }
    當然我們也可以嘗試著讓main返回一個long, double甚至是struct，更改main函數中的形參定義。這在有些編譯器上是能編譯通過的，不過可能會有一些警告(如GCC)。但是啟動並執行時候如果編譯器能做轉換的還好，如返回long,float. 如果不能的話(如返回struct，或者main(int argc, char *argv0,char *argv1,char *argv2))會造成segmentation fault。
   
   
3. main()的調用和返回
    在瞭解了main()函數的定義和返回形式後，我們再來看看main函數是怎麼被調用的，它又"return"給了誰。在"gcc的編譯過程"一中，我們回顧了程式從源碼到可執行程式的過程，在"應用程式在linux上是如何被執行的"一文中，我們回顧了可執行檔怎麼被作業系統載入的，今天我們繼續這個過程。
上文提到不管是在load_elf_binary()中或者使用了動態連結程式庫，最後都執行到了應用程式的入口。不過這個入口不是main.而是_start()。
執行
    gcc -o test test.c
    readelf -a test
    可以看到test檔案的Entry point address是0x80482e0，在往後看，這個地址是.text的地址(程式碼片段的開始),也是_start()的地址。在_start()中又會調用__libc_start_main()，主要做一些程式的初始化工作，感興趣的同學可以讀讀glibc中的源碼，注釋很清楚。然後主角登場了，在__libc_start_main()中最後會調用
    int result = main (argc, argv, __environ MAIN_AUXVEC_PARAM);//這是Unix-like下main函數的調用方式，這下大家明白main函數中形參的由來了吧。
    result中放著main函數的傳回值，然後帶著這個值退出。
    exit (result);

注意：雖然main函數是一個特殊的函數，是程式啟動並執行入口，但它畢竟也是一個函數，是可以被調用的。如：
    int   main()  
    {  
        if(...)  
            return   0;  
        main();  
        return   0;  
    }  
    不過要小心調用方式，和允出準則，避免無窮遞迴。

4. shell中執行程式
    通過前幾次和上面的分析，我們終於基本弄清了應用程式的執行過程,再回顧一遍: 在某個互動式shell中敲入./test, 此shell fork()/clone()出一個子進程，這個子進程執行
    
    execve("./test",char * const argv[], char * const envp[])
    
    execve載入./test,並把參數argv[]，envp[]一步一步傳遞下去。載入了./test之後，從./test的入口開始執行，即ELF檔案中的_start(),_start()調用__libc_start_main(),最後到了main。
    
    int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
    
    看著這個main的定義和execve相似吧，沒錯main中的參數都是execve一步步傳遞下來的。argc是命令列參數個數，argv[]儲存著各個參數的指標(注意argv[0]通常是程式名,argv[1]開始才是命令列參數。這是由shell設定的)，envp[]儲存著環境變數表。然而在標準C中只定義了int main(int argc, char *argv[]),所以unix-like平台也提供了全域變數environ指向環境變數表。
    extern char **environ;
    當然也可以用getenv和putenv來訪問特定的環境變數。

    對了，父shell還在wait()./test的結束呢，不錯，test中main函數return的值,在被__libc_start_main() exit之後，終於被父shell抓住了，可以用$?訪問。
    如$> ./test
      $> echo $?
    可以得到test返回的值。這樣，你就知道main()函數中return的意義，以及如何在shell中使用了吧。儘管可以return任何值，也建議用return 0來表示程式正常結束。這樣別人用shell指令碼調用你寫的程式的時候，就可以$?等於0來判斷你的程式是否正常執行了。

最後小結一下:
1. 避免使用void main()，盡量使用int main() 或者 int main(int argc, char *argv[])。
2. 在main的結尾記得 return int;, 最好用return 0;表示程式的正常結束。
3. main函數和普通函數一樣也是能被調用的。
4. main return的值最終會返回給其調用者，如shell中執行的程式，可以在shell中用$?得到其傳回值。
5. 在unix-like環境中，可以使用int main(int argc, char *argv[], char *envp[])， extern char **environ; , getenv()等方式來得到環境變數。

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