c语言标准库

Linux系统调用这部分经常出现两个词:libc库和封装函数,不知道你是否清楚它们的含义?

libc
libc是Standard C library的简称,它是符合ANSI C标准的一个标准函数库。libc库提供C语言中所使用的宏,类型定义,字符串操作函数,数学计算函数以及输入输出函数等。正如ANSI C是C语言的标准一样,libc只是一种函数库标准,每个操作系统都会按照该标准对标准库进行具体实现。通常我们所说的libc是特指某个操作系统的标准库,比如我们在Linux操作系统下所说的libc即glibc。glibc是类Unix操作系统中使用最广泛的libc库,它的全称是GNU C Library。

类Unix操作系统通常将libc库作为操作系统的一部分,它被视为操作系统与用户程序之间的接口。libc库不仅实现标准C语言中的函数,而且也包含自己所属的函数接口。比如在glibc库中,既包含标准C中的fopen(),又包含类Unix系统中的open()。在类Unix操作系统中,如果缺失了标准库,那么整个操作系统将不能正常运转。

与类Unix操作系统不同的是,Windows系统并不将libc库作为整个核心操作系统的一部分。通常每个编译器都附属自己的libc库,这些libc既可以静态编译到程序中,又可以动态编译到程序中。也就是说应用程序依赖编译器而不是操作系统。

封装函数
在Linux系统中,glibc库中包含许多API,大多数API都对应一个系统调用,比如应用程序中使用的接口open()就对应同名的系统调用open()。在glibc库中通过封装例程(Wrapper Routine)将API和系统调用关联起来。API是头文件中所定义的函数接口,而位于glibc中的封装例程则是对该API对应功能的具体实现。事实上,我们知道接口open()所要完成的功能是通过系统调用open()完成的,因此封装例程要做的工作就是先将接口open()中的参数复制到相应寄存器中,然后引发一个异常,从而系统进入内核去执行sys_open(),最后当系统调用执行完毕后,封装例程还要将错误码返回到应用程序中。

需要注意的是,函数库中的API和系统调用并没有一一对应的关系。应用程序借助系统调用可以获得内核所提供的服务,像字符串操作这样的函数并不需要借助内核来实现,因此也就不必与某个系统调用关联。

不过,我们并不是必须通过封装例程才能使用系统调用,syscall()和_syscallx()两个函数可以直接调用系统调用。具体使用方法man手册中已经说明的很清楚了。

glibc和libc都是Linux下的C函数库,那么到底有什么区别呢?
见到Linux下好多的库函数,曾经令我困惑,其实他们是有章可循的。
libc是Linux下的ANSI C的函数库;
glibc是Linux下的GUN C函数库;
ANSI C和GNU C有什么区别呢?
ANSI C是基本的C语言函数库,包含了C语言最基本的库函数。这个库可以根据 头文件划分为 15 个部分,其中包括:字符类型 (<ctype.h>)、错误码 (<errno.h>)、 浮点常数 (<float.h>)、数学常数 (<math.h>)、标准定义 (<stddef.h>)、 标准 I/O (<stdio.h>)、工具函数 (<stdlib.h>)、字符串操作 (<string.h>)、 时间和日期 (<time.h>)、可变参数表 (<stdarg.h>)、信号 (<signal.h>)、 非局部跳转 (<setjmp.h>)、本地信息 (<local.h>)、程序断言 (<assert.h>) 等等。这在其他的C语言的IDE中都是有的。
而GNU C函数库是一种类似于第三方插件的东西,由于Linux是用C语言写的,所以Linux的一些操作是用C语言实现的,所以GNU组织开发了一个C语言的库 用于我们更好的利用C语言开发基于Linux操作系统的程序。其实我们可以把它理解为类似于Qt是一个C++的第三方函数库一样。

从程序可移植性考虑,如果两函数都可完成一种功能,选运行时库函数好,因为各个 C 编译器的生产商对标准C Run-time library提供了统一的支持.

1)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

6)Windows环境下,VC提供的 C run-time library又分为动态运行时库和静态运行时库。
动态运行时库主要是DLL库文件msvcrt.dll(or MSVCRTD.DLL for debug build),对应的Import library文件是MSVCRT.LIB(MSVCRTD.LIB for debug build)
静态运行时库(release版)对应的主要文件是:
LIBC.LIB (Single thread static library, retail version)
LIBCMT.LIB (Multithread static library, retail version)
msvcrt.dll提供几千个C函数,即使是像printf这么低级的函数都在msvcrt.dll里。其实你的程序运行时,很大一部分时间时在这些运行库里运行。在你的程序(release版)被编译时,VC会根据你的编译选项(单线程、多线程或DLL)自动将相应的运行时库文件 (libc.lib,libcmt.lib或Import library msvcrt.lib)链接进来。
编译时到底哪个C run-time library联入你的程序取决于编译选项:
/MD, /ML, /MT, /LD (Use Run-Time Library)
你可以VC中通过以下方法设置选择哪个C run-time library联入你的程序:
To find these options in the development environment, click Settings on the Project menu. Then click the C/C++ tab, and click Code Generation in the Category box. See the Use Run-Time Library drop-down box.

<ctype.h>:包含用来测试某个特征字符的函数的函数原型,以及用来转换大小写字母的函数原型;

<errno.h>:定义用来报告错误条件的宏;

<float.h>:包含系统的浮点数大小限制;

<math.h>:包含数学库函数的函数原型;

<stddef.h>:包含执行某些计算 C 所用的常见的函数定义;

<stdio.h>:包含标准输入输出库函数的函数原型,以及他们所用的信息;

<stdlib.h>:包含数字转换到文本,以及文本转换到数字的函数原型,还有内存分配、随机数字以及其他实用函数的函数原型;

<string.h>:包含字符串处理函数的函数原型;
<time.h>:包含时间和日期操作的函数原型和类型;

<stdarg.h>:包含函数原型和宏,用于处理未知数值和类型的函数的参数列表;

<signal.h>:包含函数原型和宏,用于处理程序执行期间可能出现的各种条件;

<setjmp.h>:包含可以绕过一般函数调用并返回序列的函数的原型,即非局部跳转;

<locale.h>:包含函数原型和其他信息,使程序可以针对所运行的地区进行修改。
地区的表示方法可以使计算机系统处理不同的数据表达约定,如全世界的日期、时间、美元数和大数字;

<assert.h>:包含宏和信息,用于进行诊断,帮助程序调试。

https://uclibc.org/
http://www.gnu.org/software/libc/