在编写简单的C运行库(二)中主要实现了对有关文件操作函数的实现,接下来主要实现有关字符串的函数,如itoa,strcmp,strcpy,strlen函数,这些函数并没有用到系统调用,所以也就不用向实现文件操作的函数那样使用内嵌汇编,这些函数的定义都放在string.h中。实现了字符串函数之后,就大概实现了一个小型的c运行库,虽然很简略,但对于理解c库函数运行原理、所用的关键技术有了比较深刻的认识。最后用这个小的c运行库来编译运行一个简单的测试程序,用以测试我们的库能否正常的工作。
字符串函数
字符串函数中主要是实现itoa函数有点难度,其它的都还比较的简单,所以这里主要讲下itoa函数的实现。
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| char *itoa(int n, char *str, int radix) { char digit[] = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"; char *ptr = str, *base;
if (!str || radix < 2 || radix > 36) return str; if (radix != 10 && n < 0) return str; if (!n) { *ptr++ = '0'; *ptr = 0; } if (radix == 10 && n < 0) { *ptr++ = '-'; n = -n; } base = ptr; while (n) { *ptr++ = digit[n % radix]; n /= radix; } *ptr = 0; for (-- ptr; base < ptr; base ++, ptr --) { *ptr ^= *base; *base ^= *ptr; *ptr ^= *base; } return str; }
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itoa函数功能是把一个整数转换为字符串,我们在编写前面vfprintf函数的时候其实就已经用到过,它在c编程中也是经常用到的。从上面的代码中可以看到itoa支持2-36进制的整数转换为字符串。在这个函数中只认为十进制的数才能带有”-“号,所以在代码的第15行判断该整数是否满足是十进制的负数,如果满足在数的最前面加个”-“号,其它进制的负数默认不带”-“号。21-25行根据数的进制把数的低位到高位一个一个的分离并保存到ptr字符数组中,但是输出字符串中高位应该放在前面,所以27-32行主要是对ptr字符数组做一个倒置操作。
测试库
接下来用一个简单的程序来测试编写的运行库,测试程序如下:
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| #include "minicrt.h"
extern char **environ;
int main ( int argc, char *argv[] ) { int i; FILE *fp; char **v = malloc(argc * sizeof(char *)); for (i = 0; i < argc; i ++) { v[i] = malloc(strlen(argv[i]) + 1); strcpy(v[i], argv[i]); }
fp = fopen("text.txt", "w"); for (i = 0; i < argc; i ++) { int len = strlen(v[i]); printf("%d %s\n", len, v[i]); fwrite(&len, 1, sizeof(int), fp); fwrite(v[i], 1, len, fp); } fclose(fp);
fp = fopen("text.txt", "r"); for (i = 0; i < argc; i ++) { int len; char *buf;
fread(&len, 1, sizeof(int), fp); buf = malloc(len + 1); fread(buf, 1, len, fp); buf[len] = 0; printf("%d %s\n", len, buf); free(buf); free(v[i]); } free(v); fclose(fp);
while (*environ) printf("%s\n", *environ ++);
return 0; }
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所有库中函数的声明、类型的声明都放在了头文件minicrt.h中,没有像标准的库那样对每类库函数的声明放在单独的头文件中,如文件操作放在stdio.h中。测试程序中基本上都用到了我们前面编写过的函数,所以对于测试我们的库是最适合不过了。
要使用库,首先我们先要用前面编写的代码文件建立一个库,怎么建立呢?我们可以用linux下的ar命令来建立一个静态库,具体的可以见下面的命令。之所以用静态库,因为这样可以省略很多不必要的工作,我们的目的仅仅为了了解库的原理和关键技术。而动态库还有很多其它方面的知识,包括装载、运行时链接等,不过了解这些工作原理正是下面要做的工作了。
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| cc -c -g -fno-builtin -nostdlib -fno-stack-protector entry.c malloc.c stdio.c string.c test.c ar -rs minicrt.a malloc.o stdio.o string.o
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“-fno-builtin”指关闭GCC内置函数功能,默认情况下GCC会把strlen、strcmp等这些常用函数展开成它内部的实现。
“-nostdlib”不使用任何来自Glibc、GCC的库文件和启动文件,它包含了-nostartfiles这个参数。
“-fno-stack-protector”是指关闭堆栈保护功能,最近版本的GCC会在vfprintf这样的变长参数中插入堆栈保护函数,如果不关闭,使用自己写的库时会报“__stack_chk_fail”函数未定义错误。
其中entry.c是在编写简单的C运行库(一)中说的入口函数实现,malloc.c中是有关堆的初始化和申请释放堆的函数,stdio.c包含编写简单的C运行库(二)中有关文件操作的函数,string.c包含本文中说的字符串函数的实现,test.c中则是我们的测试代码。
链接测试程序时不能使用c的标准库,要用自己写的minicrt.a库,具体命令为:
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| ld -static -g -e MiniCrtEntry entry.o test.o minicrt.a -o test
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“-e”参数是指定入口函数,我们使用自己实现的入口函数MiniCrtEntry。
运行的结果如下:
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| cc@localhostmimicrt]$./test 6 ./test 6 ./test XDG_SESSION_ID=248 HOSTNAME=localhost.localdomain TERM=xterm SHELL=/bin/bash HISTSIZE=1000 SSH_CLIENT=192.168.1.161 62555 22 SSH_TTY=/dev/pts/0 USER=cc LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib . . .
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正如测试程序所希望的那样,程序打印出了命令行参数的总字节数,命令行参数,环境变量。可以说这个库基本上是正确的。
总结
编写简单的c运行库到这里基本就结束了,虽然只是实现了一个很小的库,不过麻雀虽小,五脏俱全,虽然没有真实c标准库那么的高效、完全,但至少这个库实现了c标准库的核心部分,有了这个小型库,对于扩展它的其它功能还是比较容易的。实现这个库还是比较的简单,因为有《程序员自我修养》这本书作为参考,不过这边书中所实现的linux中c++运行库的全局构造和析构机制,我在linux中按它说的实现,却发现结果和它说的不太一样,test.o中的.ctors节并没有合并到crtbegin.o和crtend.o的.ctors节之间,而是合并到crtbegin.o和crtend.o的.ctors节的下面去了,至于为什么会这样,我依然没有找到这个答案,希望有人按《程序员自我修养》实现过linux下的c++库的人帮忙解惑或者讨论下。
minicrt.h参考代码
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| #ifndef MINICRT_H #define MINICRT_H
#ifdef __cplusplus extern "C" { #endif
#define NULL 0 void *malloc(int size); int brk(void *addr); void free(void *ptr);
typedef int FILE; #define EOF -1 #define O_RDONLY 00 #define O_WRONLY 01 #define O_RDWR 02 #define O_CREAT 0100 #define O_TRUNC 01000 #define O_APPEND 02000 #define stdin ((FILE *)0) #define stdout ((FILE *)1) #define stderr ((FILE *)2)
#define va_list void* #define va_start(ap, lastarg) \ (ap = (va_list)&lastarg + sizeof(lastarg)) #define va_arg(ap, type) \ (*(type *)((ap += sizeof(type)) - sizeof(type))) #define va_end(ap) (ap=(va_list)0)
int fclose(FILE *fp); int fseek(FILE *stream, long offset, int whence); FILE *fopen(const char *path, const char *mode); int fwrite(const void *ptr, int size, int nmemb, FILE *stream); int fread(void *ptr, int size, int nmemb, FILE *stream); int fputc(int c, FILE *stream); int fputs(const char *s, FILE *stream); int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list ap); int printf(const char *format, ...); int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
char *itoa(int n, char *str, int radix); int strcmp(const char *s1, const char *s2); char *strcpy(char *dest, const char *src); int strlen(const char *s);
void CrtFataError(char *fmt, ...); int CrtInitHeap(); int CrtInitIo(); void do_global_ctors(); typedef void (*cxa_func_t)(void*); typedef void (*atexit_func_t)(void); int _cxa_atexit(cxa_func_t func, void *arg, void*); int atexit(atexit_func_t func); void mini_crt_all_exit_routine();
#ifdef __cplusplus } #endif #endif
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string.c参考代码
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| char *itoa(int n, char *str, int radix) { char digit[] = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"; char *ptr = str, *base;
if (!str || radix < 2 || radix > 36) return str; if (radix != 10 && n < 0) return str; if (!n) { *ptr++ = '0'; *ptr = 0; } if (radix == 10 && n < 0) { *ptr++ = '-'; n = -n; } base = ptr; while (n) { *ptr++ = digit[n % radix]; n /= radix; } *ptr = 0; for (-- ptr; base < ptr; base ++, ptr --) { *ptr ^= *base; *base ^= *ptr; *ptr ^= *base; } return str; }
int strcmp(const char *s1, const char *s2) { int i = 0; unsigned char *p1 = (unsigned char *)s1; unsigned char *p2 = (unsigned char *)s2;
while (p1[i] && p2[i] && p1[i] - p2[i] == 0) i ++; return (p1[i] - p2[i]); }
char *strcpy(char *dest, const char *src) { char *ptr = dest;
if (!ptr) return ptr; while (*src) *ptr++ = *src++; *ptr = 0; return dest; }
int strlen(const char *s) { int len = 0;
if (!s) return 0; while (s[len]) len ++; return len; }
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test.c参考代码
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| #include "minicrt.h"
extern char **environ;
int main ( int argc, char *argv[] ) { int i; FILE *fp; char **v = malloc(argc * sizeof(char *)); for (i = 0; i < argc; i ++) { v[i] = malloc(strlen(argv[i]) + 1); strcpy(v[i], argv[i]); }
fp = fopen("text.txt", "w"); for (i = 0; i < argc; i ++) { int len = strlen(v[i]); printf("%d %s\n", len, v[i]); fwrite(&len, 1, sizeof(int), fp); fwrite(v[i], 1, len, fp); } fclose(fp);
fp = fopen("text.txt", "r"); for (i = 0; i < argc; i ++) { int len; char *buf;
fread(&len, 1, sizeof(int), fp); buf = malloc(len + 1); fread(buf, 1, len, fp); buf[len] = 0; printf("%d %s\n", len, buf); free(buf); free(v[i]); } free(v); fclose(fp);
while (*environ) printf("%s\n", *environ ++);
return 0; }
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参考链接:https://www.cnblogs.com/chengxuyuancc/archive/2013/06/07/3123550.html