你所不知道的C和C++運行庫
周五晚，小雨，少見的未加班。無聊，遂準備寫一篇博客，介紹一下C和C++運行庫，只因發(fā)現(xiàn)工作幾年的人對此一知半解的大有人在。
在使用VC構(gòu)建項目時，經(jīng)常會遇到下面的鏈接錯誤：
初學者面對這些錯誤常常不知所錯：libcmt.lib是什么東西？msvcrtd.dll又是干嗎用的？在使用VC++時我們也常常對下面的運行庫配置項感到疑惑，它們到底究竟是什么意思呢？甚至一些工作了很多年的程序員也對此一知半解。今天讓我們來了解一下它們。 從C和C++運行庫說起 為了提高C語言的開發(fā)效率，C標準定義了一系列常用的函數(shù)，稱為C庫函數(shù)。C標準僅僅定義了函數(shù)原型，并沒有提供實現(xiàn)。因此這個任務留給了各個支持C語言標準的編譯器。每個編譯器通常實現(xiàn)了標準C的超集，稱為C運行時庫(C Run Time Libray) ，簡稱CRT。對于VC++編譯器來說，它提供的CRT庫支持C標準定義的標準C函數(shù)，同時也有一些專門針對windows系統(tǒng)特別設(shè)計的函數(shù)。 與C語言類似，C++也定義了自己的標準，同時提供相關(guān)支持庫，我們把它稱為C++運行時庫或C++標準庫。 由于C++對C的兼容性，C++標準庫包括了C標準庫，除此之外還包括IO流和標準模板庫STL。VC++在何處實現(xiàn)C和C++運行庫 VC++完美的支持C和C++標準，因此也就按照C和C++的標準定義的函數(shù)原型實現(xiàn)了上述運行時庫。為了方便有不同需求的客戶的使用，VC++分別實現(xiàn)了動態(tài)鏈接庫DLL版本和靜態(tài)庫LIB版本。同時為了支持程序調(diào)試且不影響程序的性能，又分別提供了對應的調(diào)試版本。調(diào)試版本的名稱在Release版本名稱后添了字母d。 對于C運行時庫CRT，VC6.0、VC2005、VC2008和VC2010均提供了DLL版本和LIB版本。上述各個編譯器提供的LIB版的CRT庫，均實現(xiàn)在libcmt.lib。對應的調(diào)試版名稱為libcmtd.lib。 而DLL版本名稱根據(jù)編譯器不同而不同，我們可以從名稱上加以分辨。 VC6.使用的CRT庫的DLL版本在MSVCRT.DLL中實現(xiàn)， 對應調(diào)試版本為MSVCRTD.LIB。 VC2005使用的CRT庫的DLL版本在MSVCR80.DLL中實現(xiàn)，對應調(diào)試版本為MSVCR80.DLL。 VC2008使用的CRT庫的DLL版本在MSVCR90.DLL中實現(xiàn)，對應調(diào)試版本為MSVCR90D.DLL。 VC2010使用的CRT庫的DLL版本在MSVCR100.DLL中實現(xiàn)，對應調(diào)試版本為MSVCR100D.DLL。 C++標準兼容C標準，但VC各版本將C++編譯器使用的C標準庫與C編譯器使用的C運行庫一起實現(xiàn)，它們使用相同的運行庫。 對于C++標準庫中的IO流和STL，VC6.0、VC2005、VC2008和VC2010也提供了DLL版本和LIB版本。 LIB版均實現(xiàn)在libcpmt.lib中，對應的調(diào)試版本為libcpmtd.lib。 不同版本的編譯器實現(xiàn)的DLL也不相同。 VC6.使用的C++類庫的 DLL版本在MSVCP60.DLL中實現(xiàn)， 對應調(diào)試版本為MSVCP60D.LIB。 VC2005使用的C++類庫的DLL版本在MSVCP80.DLL中實現(xiàn)，對應調(diào)試版本為MSVCP80.DLL。 VC2008使用的C++類庫的 DLL版本在MSVCP90.DLL中實現(xiàn)，對應調(diào)試版本為MSVCP90D.DLL。 VC2010使用的C++類庫的DLL版本在MSVCP100.DLL中實現(xiàn)，對應調(diào)試版本為MSVCP100D.DLL。 在各個版本的編譯器中，我們可以通過配置選項來設(shè)置程序使用的C和C++運行時庫的類型。如下圖(其他版本編譯器大同小異)： MT選項：鏈接LIB版的C和C++運行庫。在鏈接時就會在將C和C++運行時庫集成到程序中成為程序中的代碼，程序體積會變大。 MTd選項：LIB的調(diào)試版。 MD選項：使用DLL版的C和C++運行庫，這樣在程序運行時會動態(tài)的加載對應的DLL，程序體積會減小，缺點是在系統(tǒng)沒有對應DLL時程序無法運行。 MDd選項：表示使用DLL的調(diào)試版。 在《由使用LeakDialog時遇到的問題而引出的一些分析》這篇文章中的實驗一，使用VC6.0的默認配置沒有攔截到內(nèi)存泄露。其原因是VC6.0的控制臺項目默認配置是靜態(tài)鏈接CRT庫（單線程版，后面會介紹）。動態(tài)版（DLL）和靜態(tài)版（LIB）C和C++運行庫的優(yōu)缺點 因為靜態(tài)版必須把C和C++運行庫復制到目標程序中，所以產(chǎn)生的可執(zhí)行文件會比較大。同時對于使用多個模塊的大型軟件來說，如果每個模塊均選擇靜態(tài)鏈接C或C++運行庫，在程序運行時就會存在多個運行庫。在鏈接時也會出現(xiàn)重復定義的問題，如文章首第一張圖所示。 使用DLL版的C和C++運行庫，程序在運行時動態(tài)的加載對應的DLL。程序體積變小，但一個很大的問題就是一旦找不到對應DLL,程序?qū)o法運行。假設(shè)使用VC6.0并選擇使用MD選項構(gòu)建，那么當用戶使用VC2005來使用這個DLL時很可能出現(xiàn)找不到MSVCRT.DLL或MSVCP60.DLL的情況。 在這里介紹一個很好的工具：Dependency Walker，可以用來分析DLL的依賴關(guān)系，同時查看DLL導出的函數(shù)，使用方法請Google。 使用該工具打開MSVCRT.DLL，如下圖： 我們可以在其中找到我們經(jīng)常使用使用的C函數(shù)，如printf ,getchar,malloc等。 打開MSVCP100.DLL，也可以找到這些C函數(shù)： 在開發(fā)的過程中我們也會遇到如下圖的鏈接錯誤，LIBCD.lib究竟是何方神圣呢？ 它其實是LIBC.lib的調(diào)試版，而LIBC.lib是只有在VC6.0才會使用的靜態(tài)庫，該庫是CRT的單線程版，用于支持單線程版本的CRT。VC2005等更高版本的編譯器已經(jīng)不再提供單線程版本，轉(zhuǎn)而使用多線程版的MSVCR80.DLL或libcmt.lib。 當遇到上述符號定義沖突的鏈接錯誤時，可以選擇忽略libcd.lib。
2014.2.28 于浙江杭州
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