编写简单的C运行库（三）

　　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。

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;
}

　　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：

#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;
}

　　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。

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

　　“-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：

ld -static -g -e MiniCrtEntry entry.o test.o minicrt.a -o test

　　“-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：

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
.
.
.

　　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

#ifndef MINICRT_H
#define MINICRT_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

/*malloc*/
#define NULL 0
void *malloc(int size);
int brk(void *addr);
void free(void *ptr);

/*IO*/
typedef int FILE;
#define EOF -1
#define O_RDONLY	     00
#define O_WRONLY	     01
#define O_RDWR		     02
#define O_CREAT		   0100	/* not fcntl */
#define O_TRUNC		  01000	/* not fcntl */
#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, ...);

/*string*/
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);

/*crt内部*/
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

string.c参考代码

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;
}

test.c参考代码

#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;
}

相关文章：

• 编写简单的C运行库（一）
• 编写简单的C运行库（二）
• 编写简单的C运行库（三）

参考链接：https://www.cnblogs.com/chengxuyuancc/archive/2013/06/07/3123550.html

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