C运行时库（C Run-time Library）详解

一、什么是C运行时库

1)C运行时库就是 C run-time library，是 C 而非 C++ 语言世界的概念:取这个名字就是因为你的 C 程序运行时需要这些库中的函数.

2)C 语言是所谓的“小内核”语言，就其语言本身来说很小（不多的关键字，程序流程控制，数据类型等）；所以，C 语言内核开发出来之后，Dennis Ritchie 和 Brian Kernighan 就用 C 本身重写了 90% 以上的 UNIX 系统函数，并且把其中最常用的部分独立出来，形成头文件和对应的 LIBRARY，C run-time library 就是这样形成的。

3)随后，随着 C 语言的流行，各个 C 编译器的生产商/个体/团体都遵循老的传统，在不同平台上都有相对应的 Standard Library，但大部分实现都是与各个平台有关的。由于各个 C 编译器对 C 的支持和理解有很多分歧和微妙的差别，所以就有了 ANSI C；ANSI C （主观意图上）详细的规定了 C 语言各个要素的具体含义和编译器实现要求，引进了新的函数声明方式，同时订立了 Standard Library 的标准形式。所以C运行时库由编译器生产商提供。至于由其他厂商/个人/团体提供的头文件和库函数，应当称为第三方 C 运行库（Third party C run-time libraries）。

4)C run-time library里面含有初始化代码，还有错误处理代码(例如divide by zero处理)。你写的程序可以没有math库，程序照样运行，只是不能处理复杂的数学运算，不过如果没有了C run-time库，main()就不会被调用，exit()也不能被响应。因为C run-time library包含了C程序运行的最基本和最常用的函数。

5)到了 C++ 世界里，有另外一个概念:Standard C++ Library,它包括了上面所说的 C run-time library 和 STL。包含 C run-time library 的原因很明显，C++ 是 C 的超集，没有理由再重新来一个 C++ run-time library. VC针对C++ 加入的Standard C++ Library主要包括：LIBCP.LIB, LIBCPMT.LIB和 MSVCPRT.LIB

二、Visual C++中对运行时库的支持 

        运行时库是程序在运行时所需要的库文件，通常运行时库是以LIB或DLL形式提供的。C运行时库诞生于20世纪70年代，当时的程序世界还很单纯，应用程序都是单线程的，多任务或多线程机制在此时还属于新观念。所以这个时期的C运行时库都是单线程的。

　　随着操作系统多线程技术的发展，最初的C运行时库无法满足程序的需求，出现了严重的问题。C运行时库使用了多个全局变量（例如errno）和静态变量，这可能在多线程程序中引起冲突。假设两个线程都同时设置errno，其结果是后设置的errno会将先前的覆盖，用户得不到正确的错误信息。

　　因此，Visual C++提供了两种版本的C运行时库。一个版本供单线程应用程序调用，另一个版本供多线程应用程序调用。多线程运行时库与单线程运行时库有两个重大差别：

　　（1）类似errno的全局变量，每个线程单独设置一个；

　　这样从每个线程中可以获取正确的错误信息。

　　（2）多线程库中的数据结构以同步机制加以保护。

　　这样可以避免访问时候的冲突。

　　Visual C++提供的多线程运行时库又分为静态链接库和动态链接库两类，而每一类运行时库又可再分为debug版和release版，因此Visual C++共提供了6个运行时库。如下表：

Reusable Library	Switch	Library	Macro(s) Defined
Single Threaded	/ML	LIBC	(none)
Static MultiThread	/MT	LIBCMT	_MT
Dynamic Link (DLL)	/MD	MSVCRT	_MT and _DLL
Debug Single Threaded	/MLd	LIBCD	_DEBUG
Debug Static MultiThread	/MTd	LIBCMTD	_DEBUG and _MT
Debug Dynamic Link (DLL)	/MDd	MSVCRTD	_DEBUG, _MT, and _DLL

注：从Visual C++ 2005开始，libcp.lib和libcpd.lib（老的/ML和/MLd选项）已经被移除。通过/MT和/MTd使用libcpmt.lib和libcpmtd.lib取代。

 

 

    /MT和/MTd表示采用多线程CRT库的静态lib版本。该选项会在编译时将运行时库以静态lib的形式完全嵌入。该选项生成的可执行文件运行时不需要运行时库dll的参加，会获得轻微的性能提升，但最终生成的二进制代码因链入庞大的运行时库实现而变得非常臃肿。当某项目以静态链接库的形式嵌入到多个项目，则可能造成运行时库的内存管理有多份，最终将导致致命的“Invalid Address specified to RtlValidateHeap”问题。另外托管C++和CLI中不再支持/MT和/MTd选项。

    /MD和/MDd表示采用多线程CRT库的动态dll版本，会使应用程序使用运行时库特定版本的多线程DLL。链接时将按照传统VC链接dll的方式将运行时库MSVCRxx.DLL的导入库MSVCRT.lib链接，在运行时要求安装了相应版本的VC运行时库可再发行组件包（当然把这些运行时库dll放在应用程序目录下也是可以的）。 因/MD和/MDd方式不会将运行时库链接到可执行文件内部，可有效减少可执行文件尺寸。当多项目以MD方式运作时，其内部会采用同一个堆，内存管理将被简化，跨模块内存管理问题也能得到缓解。

三、MSND上相关说明

MSDN上对运行时库的相关说明

 

选项	说明
/MD	使应用程序使用运行库的多线程并特定于 DLL 的版本。 定义 _MT 和 _DLL，并使编译器将库名 MSVCRT.lib 放入 .obj 文件中。 用此选项编译的应用程序静态链接到 MSVCRT.lib。 此库提供允许链接器解析外部引用的代码的层。 实际工作代码包含在 MSVCR100.DLL, 中，该库必须在运行时对于与 MSVCRT.lib 链接的应用程序可用。
/MDd	定义 _DEBUG、_MT 和 _DLL，并使应用程序使用运行库的调试多线程并特定于 DLL 的版本。 它还使编译器将库名 MSVCRTD.lib 放入 .obj 文件中。
/MT	使应用程序使用运行库的多线程静态版本。 定义 _MT 并使编译器将库名 LIBCMT.lib 放入 .obj 文件中，以便链接器使用 LIBCMT.lib 解析外部符号。
/MTd	定义 _DEBUG 和 _MT。 此选项还使编译器将库名 LIBCMTD.lib 放入 .obj 文件中，以便链接器使用 LIBCMTD.lib 解析外部符号。
/LD	创建 DLL。 将 /DLL 选项传递到链接器。 链接器查找 DllMain 函数，但并不需要该函数。 如果没有编写 DllMain 函数，链接器将插入返回 TRUE 的 DllMain 函数。 链接 DLL 启动代码。 如果命令行上未指定导出 (.exp) 文件，则创建导入库 (.lib)；将导入库链接到调用您的 DLL 的应用程序。 将 /Fe（命名 EXE 文件） 解释为命名 DLL 而不是 .exe 文件；默认程序名成为基名称.dll 而不是基名称.exe。 除非显式指定 /MD，否则将暗指 /MT。
/LDd	创建调试 DLL。 定义 _MT 和 _DEBUG。

 

MSDN上的警告
     不要混合使用运行时库的静态版本和动态版本。在一个进程中有多个运行时库副本会导致问题，因为副本中的静态数据不与其他副本共享。链接器禁止在 .exe 文件内部既使用静态版本又使用动态版本链接，但您仍可以使用运行时库的两个（或更多）副本。例如，当与用动态 (DLL) 版本的运行时库链接的 .exe 文件一起使用时，用静态（非 DLL）版本的运行时库链接的动态链接库可能导致问题。（还应该避免在一个进程中混合使用这些库的调试版本和非调试版本）。

四、举例

　　C运行时库除了给我们提供必要的库函数调用（如memcpy、printf、malloc等）之外，它提供的另一个最重要的功能是为应用程序添加启动函数。
　　C运行时库启动函数的主要功能为进行程序的初始化，对全局变量进行赋初值，加载用户程序的入口函数。
　　不采用宽字符集的控制台程序的入口点为mainCRTStartup(void)。下面我们以该函数为例来分析运行时库究竟为我们添加了怎样的入口程序。这个函数在crt0.c中被定义：

 

<SPAN style="FONT-SIZE: 18px">void mainCRTStartup(void)
{
　int mainret;
　/*获得WIN32完整的版本信息*/
　_osver = GetVersion();
　_winminor = (_osver >> 8) & 0x00FF ;
　_winmajor = _osver & 0x00FF ;
　_winver = (_winmajor << 8) + _winminor;
　_osver = (_osver >> 16) & 0x00FFFF ;

　_ioinit(); /* initialize lowio */

　/* 获得命令行信息 */
　_acmdln = (char *) GetCommandLineA();

　/* 获得环境信息 */
　_aenvptr = (char *) __crtGetEnvironmentStringsA();

　_setargv(); /* 设置命令行参数 */
　_setenvp(); /* 设置环境参数 */

　_cinit(); /* C数据初始化：全局变量初始化，就在这里！*/

　__initenv = _environ;
　mainmainret = main( __argc, __argv, _environ ); /*调用main函数*/

　exit( mainret );
}</SPAN>

 

从以上代码可知，运行库在调用用户程序的main或WinMain函数之前，进行了一些初始化工作。初始化完成后，接着才调用了我们编写的main或WinMain函数。只有这样，我们的C语言运行时库和应用程序才能正常地工作起来。 

　　除了crt0.c外，C运行时库中还包含wcrt0.c、 wincrt0.c、wwincrt0.c三个文件用来提供初始化函数。wcrt0.c是crt0.c的宽字符集版，wincrt0.c中包含windows应用程序的入口函数，而wwincrt0.c则是wincrt0.c的宽字符集版。

　　Visual C++的运行时库源代码缺省情况下不被安装。如果您想查看其源代码，则需要重装Visual C++，并在重装在时选中安装运行库源代码选项。

 

下面看一个未正确使用C运行时库的控制台程序：

<SPAN style="FONT-SIZE: 18px">#include <stdio.h>
#include <afx.h>
int main()
{
　CFile file;
　CString str("I love you");
　TRY
　{
　　file.Open("file.dat",CFile::modeWrite | CFile::modeCreate);
　}
　CATCH( CFileException, e )
　{
　　#ifdef _DEBUG
　　afxDump << "File could not be opened " << e->m_cause << "\n";
　　#endif
　}
　END_CATCH

　file.Write(str,str.GetLength());
　file.Close();
}</SPAN>

在"rebuild all"的时候发生了link错误：

<SPAN style="FONT-SIZE: 18px">nafxcwd.lib(thrdcore.obj) : error LNK2001: unresolved external symbol __endthreadex
nafxcwd.lib(thrdcore.obj) : error LNK2001: unresolved external symbol __beginthreadex
main.exe : fatal error LNK1120: 2 unresolved externals
Error executing cl.exe.</SPAN>

 

  发生错误的原因在于Visual C++对控制台程序默认使用单线程的静态链接库，而MFC中的CFile类已暗藏了多线程。我们只需要在Visual C++6.0中依次点选Project->Settings->C/C++菜单和选项，在Project Options里修改编译选项即可。