Однажды заинтересовался, содержимым стека функции main процесса в linux. Провел некоторые изыскания и теперь представляю вам результат.

Варианты описания функции main:
1. int main()
2. int main(int argc, char **argv)
3. int main(int argc, char **argv, char **env)
4. int main(int argc, char **argv, char **env, ElfW(auxv_t) auxv)
5. int main(int argc, char **argv, char **env, char **apple)

Argc - число параметров
argv - нуль-терминальный массив указателей на строки параметров командной строки
env - нуль-терминальный массив указателей на строки переменных окружения. Каждая строка в формате ИМЯ=ЗНАЧЕНИЕ
auxv - массив вспомогательных значение (доступно только для PowerPC )
apple - путь к исполняемому файлу (в MacOS и Darwin )
Вспомогательный вектор - массив с различной дополнительной информацией, такой как эффективный идентификатор пользователя, признак setuid бита, размер страницы памяти и т.п.

Размер сегмента стека можно глянуть в файле maps:
cat /proc/10918/maps
…
7ffffffa3000-7ffffffff000 rw-p 00000000 00:00 0
…

Перед тем, как загрузчик передаст управление в main, он инициализирует содержимое массивов параметров командной строки, переменных окружения, вспомогательный вектор.
После инициализации верхняя часть стека выглядит примерно так, для 64битной версии.
Старший адрес сверху.

1.	0x7ffffffff000	Верхняя точка сегмента стека. Обращение вызывает segfault
	0x7ffffffff0f8	NULL	void*	8	0x00"
2.		filename	char	1+	«/tmp/a.out»
			char	1	0x00
...
		env	char	1	0x00
...
			char	1	0x00
3.	0x7fffffffe5e0	env	char	1	..
			char	1	0x00
...
		argv	char	1	0x00
...
			char	1	0x00
4.	0x7fffffffe5be	argv	char	1+	«/tmp/a.out»
5.		Массив случайной длины
6.		данные для auxv	void*	48"
		AT_NULL	Elf64_auxv_t	16	{0,0}
...
		auxv	Elf64_auxv_t	16
7.		auxv	Elf64_auxv_t	16	Ex.: {0x0e,0x3e8}
		NULL	void*	8	0x00
...
		env	char*	8
8.	0x7fffffffe308	env	char*	8	0x7fffffffe5e0
		NULL	void*	8	0x00
...
		argv	char*	8
9.	0x7fffffffe2f8	argv	char*	8	0x7fffffffe5be
10.	0x7fffffffe2f0	argc	long int	8"	число аргументов + 1
11.		Локальные переменные и аргументы, функций вызываемых до main
12.		Локальные переменные main
13.	0x7fffffffe1fc	argc	int	4	число аргументов + 1
	0x7fffffffe1f0	argv	char**	8	0x7fffffffe2f8
	0x7fffffffe1e8	env	char**	8	0x7fffffffe308
14.		Переменные локальных функций

" - описания полей в документах не нашел, но в дампе явно видны.

Для 32 битов не проверял, но скорее всего достаточно только разделить размеры на два.

1. Обращение к адресам, выше верхней точки, вызывает Segfault.
2. Строка, содержащая путь к исполняемому файлу.
3. Массив строк с переменными окружения
4. Массив строк с параметрами командной строки
5. Массив случайной длинны. Его выделение можно отключить командами
sysctl -w kernel.randomize_va_space=0
echo 0 > /proc/sys/kernel/randomize_va_space
6. Данные для вспомогательного вектора (например строка «x86_64»)
7. Вспомогательный вектор. Подробнее ниже.
8. Нуль-терминальный массив указателей на строки переменных окружения
9. Нуль-терминальный массив указателей на строки параметров командной строки
10.Машинное слово, содержащее число параметров командной строки (один из аргументов «старших» функций см. п. 11)
11.Локальные переменные и аргументы, функций вызываемых до main(_start,__libc_start_main..)
12.Переменные, объявленные в main
13.Аргументы функции main
14.Переменные и аргументы локальных функций.

Вспомогательный вектор
Для i386 и x86_64 нельзя получить адрес первого элемента вспомогательного вектора, однако содержимое этого вектора можно получить другими способами. Один из них - обратиться к области памяти, лежащей сразу за массивом указателей на строки переменных окружения.
Это должно выглядеть примерно так:
#include #include int main(int argc, char** argv, char** env){ Elf64_auxv_t *auxv; //x86_64 // Elf32_auxv_t *auxv; //i386 while(*env++ != NULL); //ищем начало вспомогательного вектора for (auxv = (Elf64_auxv_t *)env; auxv->a_type != AT_NULL; auxv++){ printf("addr: %p type: %lx is: 0x%lx\n", auxv, auxv->a_type, auxv->a_un.a_val); } printf("\n (void*)(*argv) - (void*)auxv= %p - %p = %ld\n (void*)(argv)-(void*)(&auxv)=%p-%p = %ld\n ", (void*)(*argv), (void*)auxv, (void*)(*argv) - (void*)auxv, (void*)(argv), (void*)(&auxv), (void*)(argv) - (void*)(&auxv)); printf("\n argc copy: %d\n",*((int *)(argv - 1))); return 0; }
Структуры Elf{32,64}_auxv_t описаны в /usr/include/elf.h. Функции заполнения структур в linux-kernel/fs/binfmt_elf.c

Второй способ получить содержимое вектора:
hexdump /proc/self/auxv

Самый удобочитаемое представление получается установкой переменной окружения LD_SHOW_AUXV.

LD_SHOW_AUXV=1 ls
AT_HWCAP: bfebfbff //возможности процессора
AT_PAGESZ: 4096 //размер страницы памяти
AT_CLKTCK: 100 //частота обновления times()
AT_PHDR: 0x400040 //информация о заголовке
AT_PHENT: 56
AT_PHNUM: 9
AT_BASE: 0x7fd00b5bc000 //адрес интерпретатора, то бишь ld.so
AT_FLAGS: 0x0
AT_ENTRY: 0x402490 //точка входа в программу
AT_UID: 1000 //идентификаторы пользователя и группы
AT_EUID: 1000 //номинальные и эффективные
AT_GID: 1000
AT_EGID: 1000
AT_SECURE: 0 //поднят ли setuid флаг
AT_RANDOM: 0x7fff30bdc809 //адрес 16 случайных байт,
генерируемых при запуске
AT_SYSINFO_EHDR: 0x7fff30bff000 //указатель на страницу, используемую для
//системных вызовов
AT_EXECFN: /bin/ls
AT_PLATFORM: x86_64
Слева - название переменной, справа значение. Все возможные названия переменных и их описание можно глянуть в файле elf.h. (константы с префиксом AT_)

Возвращение из main()
После инициализации контекста процесса управление передается не в main(), а в функцию _start().
main() вызывает уже из __libc_start_main. Эта последняя функция имеет интересную особенность - ей передается указатель на функцию, которая должна быть выполнена после main(). И указатель этот передается естественно через стек.
Вообще аргументы __libc_start_main имеют вид, согласно файла glibc-2.11/sysdeps/ia64/elf/start.S
/*
* Arguments for __libc_start_main:
* out0: main
* out1: argc
* out2: argv
* out3: init
* out4: fini //функция вызываемая после main
* out5: rtld_fini
* out6: stack_end
*/
Т.е. чтобы получить адрес указателя fini нужно сместиться на два машинных слова от последней локальной переменной main.
Вот что получилось(работоспособность зависит от версии компилятора):
#include void **ret; void *leave; void foo(){ void (*boo)(void); //указатель на функцию printf("Stack rewrite!\n"); boo = (void (*)(void))leave; boo(); // fini() } int main(int argc, char *argv, char *envp) { unsigned long int mark = 0xbfbfbfbfbfbfbfbf; //метка, от которой будем работать ret = (void**)(&mark+2); // извлекаем адрес, функции, вызываемой после завершения (fini) leave = *ret; // запоминаем *ret = (void*)foo; // перетираем return 0; // вызов функции foo() }

Надеюсь, было интересно.
Удач.

Спасибо пользователю Xeor за полезную наводку.

В программы на языке Си можно передавать некоторые аргументы. Когда вначале вычислений производится обращение к main(), ей передаются три параметра. Первый из них определяет число командных аргументов при обращении к программе. Второй представляет собой массив указателей на символьные строки, содержащие эти аргументы (в одной строке - один аргумент). Третий тоже является массивом указателей на символьные строки, он используется для доступа к параметрам операционной системы (к переменным окружения).

Любая такая строка представляется в виде:

переменная = значение\0

Последнюю строку можно найти по двум заключительным нулям.

Назовем аргументы функции main() соответственно: argc, argv и env (возможны и любые другие имена). Тогда допустимы следующие описания:

main(int argc, char *argv)

main(int argc, char *argv, char *env)

Предположим, что на диске A: есть некоторая программа prog.exe. Обратимся к ней следующим образом:

A:\>prog.exe file1 file2 file3

Тогда argv - это указатель на строку A:\prog.exe, argv - на строку file1 и т.д. На первый фактический аргумент указывает argv, а на последний - argv. Если argc=1, то после имени программы в командной строке параметров нет. В нашем примере argc=4.

Рекурсия

Рекурсией называется такой способ вызова, при котором функция обращается к самой себе.

Важным моментом при составлении рекурсивной программы является организация выхода. Здесь легко допустить ошибку, заключающуюся в том, что функция будет последовательно вызывать саму себя бесконечно долго. Поэтому рекурсивный процесс должен шаг за шагом так упрощать задачу, чтобы в конце концов для нее появилось не рекурсивное решение. Использование рекурсии не всегда желательно, так как это может привести к переполнению стека.

Библиотечные функции

В системах программирования подпрограммы для решения часто встречающихся задач объединяются в библиотеки. К числу таких задач относятся: вычисление математических функций, ввод/вывод данных, обработка строк, взаимодействие со средствами операционной системы и др. Использование библиотечных подпрограмм избавляет пользователя от необходимости разработки соответствующих средств и предоставляет ему дополнительный сервис. Включенные в библиотеки функции поставляются вместе с системой программирования. Их объявления даны в файлах *.h (это так называемые включаемые или заголовочные файлы). Поэтому, как уже упоминалось выше, в начале программы с библиотечными функциями должны быть строки вида:

#include <включаемый_файл_типа_h>

Например:

#include

Существуют также средства для расширения и создания новых библиотек с программами пользователя.

Для глобальных переменных отводится фиксированное место в памяти на все время работы программы. Локальные переменные хранятся в стеке. Между ними находится область памяти для динамического распределения.

Функции malloc() и free() используются для динамического распределения свободной памяти. Функция malloc() выделяет память, функция free() освобождает ее. Прототипы этих функций хранятся в заголовочном файле stdlib.h и имеют вид:

void *malloc(size_t size);

void *free(void *p);

Функция malloc() возвращает указатель типа void; для правильного использования значение функции надо преобразовать к указателю на соответствующий тип. При успешном выполнении функция возвращает указатель на первый байт свободной памяти размера size. Если достаточного количества памяти нет, возвращается значение 0. Чтобы определить количество байтов, необходимых для переменной, используют операцию sizeof().

Пример использования этих функций:

#include

#include

p = (int *) malloc(100 * sizeof(int)); /* Выделение памяти для 100

целых чисел */

printf("Недостаточно памяти\n");

for (i = 0; i < 100; ++i) *(p+i) = i; /* Использование памяти */

for (i = 0; i < 100; ++i) printf("%d", *(p++));

free(p); /* Освобождение памяти */

Перед использованием указателя, возвращаемого malloc(), необходимо убедиться, что памяти достаточно (указатель не нулевой).

Препроцессор

Препроцессор Си - это программа, которая обрабатывает входные данные для компилятора. Препроцессор просматривает исходную программу и выполняет следующие действия: подключает к ней заданные файлы, осуществляет подстановки, а также управляет условиями компиляции. Для препроцессора предназначены строки программы, начинающиеся с символа #. В одной строке разрешается записывать только одну команду (директиву препроцессора).

Директива

#define идентификатор подстановка

вызывает замену в последующем тексте программы названного идентификатора на текст подстановки (обратите внимание на отсутствие точки с запятой в конце этой команды). По существу, эта директива вводит макроопределение (макрос), где "идентификатор" - это имя макроопределения, а "подстановка" - последовательность символов, на которые препроцессор заменяет указанное имя, когда находит его в тексте программы. Имя макроопределения принято набирать прописными буквами.

Рассмотрим примеры:

Первая строка вызывает замену в программе идентификатора MAX на константу 25. Вторая позволяет использовать в тексте вместо открывающей фигурной скобки ({) слово BEGIN.

Отметим, что поскольку препроцессор не проверяет совместимость между символическими именами макроопределений и контекстом, в котором они используются, то рекомендуется такого рода идентификаторы определять не директивой #define, а с помощью ключевого слова const с явным указанием типа (это в большей степени относится к Си++):

const int MAX = 25;

(тип int можно не указывать, так как он устанавливается по умолчанию).

Если директива #define имеет вид:

#define идентификатор(идентификатор, ..., идентификатор) подстановка

причем между первым идентификатором и открывающей круглой скобкой нет пробела, то это определение макроподстановки с аргументами. Например, после появления строки вида:

#define READ(val) scanf("%d", &val)

оператор READ(y); воспринимается так же, как scanf("%d",&y);. Здесь val - аргумент и выполнена макроподстановка с аргументом.

При наличии длинных определений в подстановке, продолжающихся в следующей строке, в конце очередной строки с продолжением ставится символ \.

В макроопределение можно помещать объекты, разделенные знаками ##, например:

#define PR(x, у) x##y

После этого PR(а, 3) вызовет подстановку а3. Или, например, макроопределение

#define z(a, b, c, d) a(b##c##d)

приведет к замене z(sin, x, +, y) на sin(x+y).

Символ #, помещаемый перед макроаргументом, указывает на преобразование его в строку. Например, после директивы

#define PRIM(var) printf(#var"= %d", var)

следующий фрагмент текста программы

преобразуется так:

printf("year""= %d", year);

Опишем другие директивы препроцессора. Директива #include уже встречалась ранее. Ее можно использовать в двух формах:

#include "имя файла"

#include <имя файла>

Действие обеих команд сводится к включению в программу файлов с указанным именем. Первая из них загружает файл из текущего или заданного в качестве префикса каталога. Вторая команда осуществляет поиск файла в стандартных местах, определенных в системе программирования. Если файл, имя которого записано в двойных кавычках, не найден в указанном каталоге, то поиск будет продолжен в подкаталогах, заданных для команды #include <...>. Директивы #include могут вкладываться одна в другую.

Следующая группа директив позволяет избирательно компилировать части программы. Этот процесс называется условной компиляцией. В эту группу входят директивы #if, #else, #elif, #endif, #ifdef, #ifndef. Основная форма записи директивы #if имеет вид:

#if константное_выражение последовательность_операторов

Здесь проверяется значение константного выражения. Если оно истинно, то выполняется заданная последовательность операторов, а если ложно, то эта последовательность операторов пропускается.

Действие директивы #else подобно действию команды else в языке Си, например:

#if константное_выражение

последовательность_операторов_2

Здесь если константное выражение истинно, то выполняется последовательность_операторов_1, а если ложно - последовательность_операторов_2.

Директива #elif означает действие типа "else if". Основная форма ее использования имеет вид:

#if константное_выражение

последовательность_операторов

#elif константное_выражение_1

последовательность_операторов_1

#elif константное_выражение_n

последовательность_операторов_n

Эта форма подобна конструкции языка Си вида: if...else if...else if...

Директива

#ifdef идентификатор

устанавливает определен ли в данный момент указанный идентификатор, т.е. входил ли он в директивы вида #define. Строка вида

#ifndef идентификатор

проверяет является ли неопределенным в данный момент указанный идентификатор. За любой из этих директив может следовать произвольное число строк текста, возможно, содержащих инструкцию #else (#elif использовать нельзя) и заканчивающихся строкой #endif. Если проверяемое условие истинно, то игнорируются все строки между #else и #endif, а если ложно, то строки между проверкой и #else (если слова #else нет, то #endif). Директивы #if и #ifndef могут "вкладываться" одна в другую.

Директива вида

#undef идентификатор

приводит к тому, что указанный идентификатор начинает считаться неопределенным, т.е. не подлежащим замене.

Рассмотрим примеры. Три следующие директивы:

проверяют определен ли идентификатор WRITE (т.е. была ли команда вида #define WRITE...), и если это так, то имя WRITE начинает считаться неопределенным, т.е. не подлежащим замене.

Директивы

#define WRITE fprintf

проверяют является ли идентификатор WRITE неопределенным, и если это так, то определятся идентификатор WRITE вместо имени fprintf.

Директива #error записывается в следующей форме:

#error сообщение_об_ошибке

Если она встречается в тексте программы, то компиляция прекращается и на экран дисплея выводится сообщение об ошибке. Эта команда в основном применяется на этапе отладки. Заметим, что сообщение об ошибке не надо заключать в двойные кавычки.

Директива #line предназначена для изменения значений переменных _LINE_ и _FILE_, определенных в системе программирования Си. Переменная _LINE_ содержит номер строки программы, выполняемой в текущий момент времени. Идентификатор _FILE_ является указателем на строку с именем компилируемой программы. Директива #line записывается следующим образом:

#line номер "имя_файла"

Здесь номер - это любое положительное целое число, которое будет назначено переменной _LINE_, имя_файла - это необязательный параметр, который переопределяет значение _FILE_.

Директива #pragma позволяет передать компилятору некоторые указания. Например, строка

говорит о том, что в программе на языке Си имеются строки на языке ассемблера. Например:

Рассмотрим некоторые глобальные идентификаторы или макроимена (имена макроопределений). Определены пять таких имен: _LINE_, _FILE_, _DATE_, _TIME_, _STDC_. Два из них (_LINE_ и _FILE_) уже описывались выше. Идентификатор _DATE_ определяет строку, в которой сохраняется дата трансляции исходного файла в объектный код. Идентификатор _TIME_ задает строку, сохраняющую время трансляции исходного файла в объектный код. Макрос _STDC_ имеет значение 1, если используются стандартно - определенные макроимена. В противном случае эта переменная не будет определена.

Теги: Функции в си, прототип, описание, определение, вызов. Формальные параметры и фактические параметры. Аргументы функции, передача по значению, передача по указателю. Возврат значения.

Введение

Ч ем дальше мы изучаем си, тем больше становятся программы. Мы собираем все действия в одну функцию main и по несколько раз копируем одни и те же действия, создаём десятки переменных с уникальными именами. Наши программы распухают и становятся всё менее и менее понятными, ветвления становятся всё длиннее и ветвистее.

Но из сложившейся ситуации есть выход! Теперь мы научимся создавать функции на си. Функции, во-первых, помогут выделить в отдельные подпрограммы дублирующийся код, во-вторых, помогут логически разбить программу на части, в-третьих, с функциями в си связано много особенностей, которые позволят использовать новые подходы к структурированию приложений.

Функция – это именованная часть программы, которая может быть многократно вызвана из другого участка программы (в котором эта функция видна). Функция может принимать фиксированное либо переменное число аргументов, а может не иметь аргументов. Функция может как возвращать значение, так и быть пустой (void) и ничего не возвращать.

Мы уже знакомы с многими функциями и знаем, как их вызывать – это функции библиотек stdio, stdlib, string, conio и пр. Более того, main – это тоже функция. Она отличается от остальных только тем, что является точкой входа при запуске приложения.
Функция в си определяется в глобальном контексте. Синтаксис функции: (, ...) { }

Самый простой пример – функция, которая принимает число типа float и возвращает квадрат этого числа

#include #include float sqr(float x) { float tmp = x*x; return tmp; } void main() { printf("%.3f", sqr(9.3f)); getch(); }

Внутри функции sqr мы создали локальную переменную, которой присвоили значение аргумента. В качестве аргумента функции передали число 9,3. Служебное слово return возвращает значение переменной tmp. Можно переписать функцию следующим образом:

Float sqr(float x) { return x*x; }

В данном случае сначала будет выполнено умножение, а после этого возврат значения. В том случае, если функция ничего не возвращает, типом возвращаемого значения будет void. Например, функция, которая печатает квадрат числа:

Void printSqr(float x) { printf("%d", x*x); return; }

в данном случа return означает выход из функции. Если функция ничего не возвращает, то return можно не писать. Тогда функция доработает до конца и произойдёт возврат управления вызывающей функции.

Void printSqr(float x) { printf("%d", x*x); }

Если функция не принимает аргументов, то скобки оставляют пустыми. Можно также написать слово void:

Void printHelloWorld() { printf("Hello World"); }

эквивалентно

Void printHelloWorld(void) { printf("Hello World"); }

Формальные и фактические параметры

П ри объявлении функции указываются формальные параметры, которые потом используются внутри самой функции. При вызове функции мы используем фактические параметры. Фактическими параметрами могут быть переменные любого подходящего типа или константы.

Например, пусть есть функция, которая возвращает квадрат числа и функция, которая суммирует два числа.

#include #include //Формальные параметры имеют имена a и b //по ним мы обращаемся к переданным аргументам внутри функции int sum(int a, int b) { return a+b; } float square(float x) { return x*x; } void main() { //Фактические параметры могут иметь любое имя, в том числе и не иметь имени int one = 1; float two = 2.0; //Передаём переменные, вторая переменная приводится к нужному типу printf("%d\n", sum(one, two)); //Передаём числовые константы printf("%d\n", sum(10, 20)); //Передаём числовые константы неверного типа, они автоматически приводится к нужному printf("%d\n", sum(10, 20.f)); //Переменная целого типа приводится к типу с плавающей точкой printf("%.3f\n", square(one)); //В качестве аргумента может выступать и вызов функции, которая возвращает нужное значение printf("%.3f\n", square(sum(2 + 4, 3))); getch(); }

Обращаю внимание, что приведение типов просиходит неявно и только тогда, когда это возможно. Если функция получает число в качестве аргумента, то нельзя ей передать переменную строку, например "20" и т.д. Вообще, лучше всегда использовать верный тип или явно приводить тип к нужному.
Если функция возвращает значение, то оно не обязательно должно быть сохранено. Например, мы пользуемся функцией getch, которая считывает символ и возвращает его.

#include #include void main() { char c; do { //Сохраняем возвращённое значение в переменную c = getch(); printf("%c", c); } while(c != "q"); //Возвращённое значение не сохраняется getch(); }

Передача аргументов

При передаче аргументов происходит их копирование. Это значит, что любые изменения, которые функция производит над переменными, имеют место быть только внутри функции. Например

#include #include void change(int a) { a = 100; printf("%d\n", a); } void main() { int d = 200; printf("%d\n", d); change(d); printf("%d", d); getch(); }

Программы выведет
200
100
200
Понятно почему. Внутри функции мы работаем с переменной x, которая является копией переменной d. Мы изменяем локальную копию, но сама переменная d при этом не меняется. После выхода из функции локальная переменная будет уничтожена. Переменная d при этом никак не изменится.
Каким образом тогда можно изменить переменную? Для этого нужно передать адрес этой переменной. Перепишем функцию, чтобы она принимала указатель типа int

#include #include void change(int *a) { *a = 100; printf("%d\n", *a); } void main() { int d = 200; printf("%d\n", d); change(&d); printf("%d", d); getch(); }

Вот теперь программа выводит
200
100
100
Здесь также была создана локальная переменная, но так как передан был адрес, то мы изменили значение переменной d, используя её адрес в оперативной памяти.

В программировании первый способ передачи параметров называют передачей по значению, второй – передачей по указателю. Запомните простое правило: если вы хотите изменить переменную, необходимо передавать функции указатель на эту переменную. Следовательно, чтобы изменить указатель, необходимо передавать указатель на указатель и т.д. Например, напишем функцию, которая будет принимать размер массива типа int и создавать его. С первого взгляда, функция должна выглядеть как-то так:

#include #include #include void init(int *a, unsigned size) { a = (int*) malloc(size * sizeof(int)); } void main() { int *a = NULL; init(a, 100); if (a == NULL) { printf("ERROR"); } else { printf("OKAY..."); free(a); } getch(); }

Но эта функция выведет ERROR. Мы передали адрес переменной. Внутри функции init была создана локальная переменная a, которая хранит адрес массива. После выхода из функции эта локальная переменная была уничтожена. Кроме того, что мы не смогли добиться нужного результата, у нас обнаружилась утечка памяти: была выделена память на куче, но уже не существует переменной, которая бы хранила адрес этого участка.

Для изменения объекта необходимо передавать указатель на него, в данном случае – указатель на указатель.

#include #include #include void init(int **a, unsigned size) { *a = (int*) malloc(size * sizeof(int)); } void main() { int *a = NULL; init(&a, 100); if (a == NULL) { printf("ERROR"); } else { printf("OKAY..."); free(a); } getch(); }

Вот теперь всё работает как надо.
Ещё подобный пример. Напишем функцию, которая принимает в качестве аргумента строку и возвращает указатель на область памяти, в которую скопирована эта строка.

#include #include #include #include char* initByString(const char *str) { char *p = (char*) malloc(strlen(str) + 1); strcpy(p, str); return p; } void main() { char *test = initByString("Hello World!"); printf("%s", test); free(test); getch(); }

В этом примере утечки памяти не происходит. Мы выделили память с помощью функции malloc, скопировали туда строку, а после этого вернули указатель. Локальные переменные были удалены, но переменная test хранит адрес участка памяти на куче, поэтому можно его удалить с помощью функции free.

Объявление функции и определение функции. Создание собственной библиотеки

В си можно объявить функцию до её определения. Объявление функции, её прототип, состоит из возвращаемого значения, имени функции и типа аргументов. Имена аргументов можно не писать. Например

#include #include //Прототипы функций. Имена аргументов можно не писать int odd(int); int even(int); void main() { printf("if %d odd? %d\n", 11, odd(11)); printf("if %d odd? %d\n", 10, odd(10)); getch(); } //Определение функций int even(int a) { if (a) { odd(--a); } else { return 1; } } int odd(int a) { if (a) { even(--a); } else { return 0; } }

Это смешанная рекурсия – функция odd возвращает 1, если число нечётное и 0, если чётное.

Обычно объявление функции помещают отдельно, в.h файл, а определение функций в.c файл. Таким образом, заголовочный файл представляет собой интерфейс библиотеки и показывает, как с ней работать, не вдаваясь в содержимое кода.

Давайте создадим простую библиотеку. Для этого нужно будет создать два файла – один с расширением.h и поместить туда прототипы функций, а другой с расширением.c и поместить туда определения этих функций. Если вы работаете с IDE, то.h файл необходимо создавать в папке Заголовочные файлы, а файлы кода в папке Файлы исходного кода. Пусть файлы называются File1.h и File1.c
Перепишем предыдущий код. Вот так будет выглядеть заголовочный файл File1.h

#ifndef _FILE1_H_ #define _FILE1_H_ int odd(int); int even(int); #endif

Содержимое файла исходного кода File1.c

#include "File1.h" int even(int a) { if (a) { odd(--a); } else { return 1; } } int odd(int a) { if (a) { even(--a); } else { return 0; } }

Наша функция main

#include #include #include "File1.h" void main() { printf("if %d odd? %d\n", 11, odd(11)); printf("if %d odd? %d\n", 10, odd(10)); getch(); }

Рассмотрим особенности каждого файла. Наш файл, который содержит функцию main, подключает необходимые ему библиотеки а также заголовочный файл File1.h. Теперь компилятору известны прототипы функций, то есть он знает возвращаемый тип, количество и тип аргументов и имена функций.

Заголовочный файл, как и оговаривалось ранее, содержит прототип функций. Также здесь могут быть подключены используемые библиотеки. Макрозащита #define _FILE1_H_ и т.д. используется для предотвращения повторного копирования кода библиотеки при компиляции. Эти строчки можно заменить одной

#pragma once int odd(int); int even(int);

Файл File1.c исходного кода подключает свой заголовочный файл. Всё как обычно логично и просто. В заголовочные файлах принято кроме прототипов функций выносить константы, макроподстановки и определять новые типы данных. Кроме того, именно в заголовочных файлах можно обширно комментировать код и писать примеры его использования.

Передача массива в качестве аргумента

К ак уже говорилось ранее, имя массива подменяется на указатель, поэтому передача одномерного массива эквивалентна передаче указателя. Пример: функция получает массив и его размер и выводит на печать:

#include #include void printArray(int *arr, unsigned size) { unsigned i; for (i = 0; i < size; i++) { printf("%d ", arr[i]); } } void main() { int x = {1, 2, 3, 4, 5}; printArray(x, 10); getch(); }

В этом примере функция может иметь следующий вид

Void printArray(int arr, unsigned size) { unsigned i; for (i = 0; i < size; i++) { printf("%d ", arr[i]); } }

Также напомню, что правило подмены массива на указатель не рекурсивное. Это значит, что необходимо указывать размерность двумерного массива при передаче

#include #include void printArray(int arr, unsigned size) { unsigned i, j; for (i = 0; i < size; i++) { for (j = 0; j < 5; j++) { printf("%d ", arr[i][j]); } printf("\n"); } } void main() { int x = { { 1, 2, 3, 4, 5}, { 6, 7, 8, 9, 10}}; printArray(x, 2); getch(); }

Либо, можно писать

#include #include void printArray(int (*arr), unsigned size) { unsigned i, j; for (i = 0; i < size; i++) { for (j = 0; j < 5; j++) { printf("%d ", arr[i][j]); } printf("\n"); } } void main() { int x = { { 1, 2, 3, 4, 5}, { 6, 7, 8, 9, 10}}; printArray(x, 2); getch(); }

Если двумерный массив создан динамически, то можно передавать указатель на указатель. Например функция, которая получает массив слов и возвращает массив целых, равных длине каждого слова:

#include #include #include #include #define SIZE 10 unsigned* getLengths(const char **words, unsigned size) { unsigned *lengths = NULL; unsigned i; lengths = (unsigned*) malloc(size * sizeof(unsigned)); for (i = 0; i < size; i++) { lengths[i] = strlen(words[i]); } return lengths; } void main() { char **words = NULL; char buffer; unsigned i; unsigned *len = NULL; words = (char**) malloc(SIZE * sizeof(char*)); for (i = 0; i < SIZE; i++) { printf("%d. ", i); scanf("%127s", buffer); words[i] = (char*) malloc(128); strcpy(words[i], buffer); } len = getLengths(words, SIZE); for (i = 0; i < SIZE; i++) { printf("%d ", len[i]); free(words[i]); } free(words); free(len); getch(); }

Можно вместо того, чтобы возвращать указатель на массив, передавать массив, который необходимо заполнить

#include #include #include #include #define SIZE 10 void getLengths(const char **words, unsigned size, unsigned *out) { unsigned i; for (i = 0; i < size; i++) { out[i] = strlen(words[i]); } } void main() { char **words = NULL; char buffer; unsigned i; unsigned *len = NULL; words = (char**) malloc(SIZE * sizeof(char*)); for (i = 0; i < SIZE; i++) { printf("%d. ", i); scanf("%127s", buffer); words[i] = (char*) malloc(128); strcpy(words[i], buffer); } len = (unsigned*) malloc(SIZE * sizeof(unsigned)); getLengths(words, SIZE, len); for (i = 0; i < SIZE; i++) { printf("%d ", len[i]); free(words[i]); } free(words); free(len); getch(); }

На этом первое знакомство с функциями заканчивается: тема очень большая и разбита на несколько статей.

Страница 53 из 85

1.5.3. Передача параметров функции main

Функция main, с которой начинается выполнение программы на языке программирования С, может быть определена с параметрами, которые передаются из внешнего окружения, например, из командной строки. Во внешнем окружении действуют свои правила представления данных, а точнее, все данные представляются в виде строк символов. Для передачи этих строк в функцию main используются два параметра, первый параметр служит для передачи числа передаваемых строк, второй для передачи самих строк. Общепринятые (но не обязательные) имена этих параметров argc и argv. Параметр argc имеет тип int, его значение формируется из анализа командной строки и равно количеству слов в командной строке, включая и имя вызываемой программы (под словом понимается любой текст не содержащий символа пробел). Параметр argv это массив указателей на строки, каждая из которых содержит одно слово из командной строки. Если слово должно содержать символ пробел, то при записи его в командную строку оно должно быть заключено в кавычки.

Функция main может иметь и третий параметр, который принято называть argp, и который служит для передачи в функцию main параметров операционной системы (среды) в которой выполняется программа на языке программирования С.

Заголовок функции main имеет вид:

Если, например, командная строка программы на языке программирования С имеет вид:

A:\>cprog working "C program" 1

то аргументы argc, argv, argp представляются в памяти как показано в схеме на рис.1.

Argc [ 4 ]
argv --> -->
-->
-->
-->
argp --> -->
-->
-->
-->
Рис.1. Схема размещения параметров командной строки

Операционная система поддерживает передачу значений для параметров argc, argv, argp, а на пользователе лежит ответственность за передачу и использование фактических аргументов функции main.

Следующий пример представляет программу печати фактических аргументов, передаваемых в функцию main из операционной системы и параметров операционной системы.

Пример:
int main (int argc, char *argv, char *argp)
{ int i=0;
printf ("\n Имя программы %s", argv);
for (i=1; i>=argc; i++)
printf ("\n аргумент %d равен %s", argv[i]);
printf ("\n Параметры операционной системы:");
while (*argp)
{ printf ("\n %s",*argp);
argp++;
}
return (0);
}

Доступ к параметрам операционной системы можно также получить при помощи библиотечной функции geteuv, ее прототип имеет следующий вид:

char *geteuv (const char *varname);

Аргумент этой функции задает имя параметра среды, указатель на значение которой выдаст функция geteuv. Если указанный параметр не определен в среде в данный момент, то возвращаемое значение NULL.

Используя указатель, полученный функцией geteuv, можно только прочитать значение параметра операционной системы, но нельзя его изменить. Для изменения значения параметра системы предназначена функция puteuv.

Компилятор языка программирования С строит С-программу таким образом, что вначале работы программы выполняется некоторая инициализация, включающая, кроме всего прочего, обработку аргументов, передаваемых функции main, и передачу ей значений параметров среды. Эти действия выполняются библиотечными функциями _setargv и _seteuv, которые всегда помещаются компилятором перед функцией main.

Если программа на языке программирования С не использует передачу аргументов и значений параметров операционной системы, то целесообразно запретить использование библиотечных функций _setargv и _seteuv поместив в языке программирования С-программу перед функцией main функции с такими же именами, но не выполняющие никаких действий (заглушки). Начало программы в этом случае будет иметь вид:

Setargv()
}
-seteuv()
{ return ; /* пустая функция */
}
int main()
{ /* главная функция без аргументов */
...
...
renurn (0);
}

В приведенной программе при вызове библиотечных функций _setargv и _seteuv будут использованы функции помещенные в программу пользователем и не выполняющие никаких действий. Это заметно снизит размер получаемого exe-файла.

Пожалуйста, приостановите работу AdBlock на этом сайте.

Итак, зачем нужны пользовательские функции? Пользовательские функции нужны для того, чтобы программистам было проще писать программы.

Помните, мы говорили о парадигмах программирования, а точнее о структурном программировании. Основной идеей там было то, что любую программу можно можно написать используя только три основных конструкции: следование, условие и цикл. Теперь к этим конструкциям мы добавим ещё одну – «подпрограммы» – и получим новую парадигму процедурное программирование» .

Отличие лишь в том, что отдельные кусочки нашей основной программы (в частности, повторяющиеся) мы будем записывать в виде отдельных функций (подпрограмм, процедур) и по мере необходимости их вызывать. По сути, программа теперь будет описывать взаимодействие различных функций.

Итак, в этом уроке мы подробно обсудим то, как функции устроены изнутри. А также научимся создавать свои собственные пользовательские функции.

Как устроены функции

Вспомним информацию с первого урока. Все функции, в том числе и те, которые пишет пользователь, устроены сходным образом. У них имеется две основных составных части: заголовок функции и тело функции.

Листинг 1.

Int main(void){ // заголовок функции // в фигурных скобках записано тело функции }

С телом функции всё ясно: там описывается алгоритм работы функции. Давайте разберёмся с заголовком. Он состоит из трёх обязательных частей:

• тип возвращаемого значения;
• имя функции;
• аргументы функции.

Сначала записывается тип возвращаемого значения, например, int , как в функции main . Если функция не должна возвращать никакое значение в программу, то на этом месте пишется ключевое слово void . Казалось бы, что раз функция ничего не возвращает, то и не нужно ничего писать. Раньше, кстати, в языке Си так и было сделано, но потом для единообразия всё-таки добавили. Сейчас современные компиляторы будут выдавать предупреждения/ошибки, если вы не укажете тип возвращаемого значения.
В некоторых языках программирования функции, которые не возвращают никакого значения, называют процедурами (например, pascal). Более того, для создания функций и процедур предусмотрен различный синтаксис. В языке Си такой дискриминации нет.

После типа возвращаемого значения записывается имя функции. Ну а уж после имени указываются типы и количество аргументов, которые передаются в функцию.

Давайте посмотрим на заголовки уже знакомых нам функций.

Листинг 2.

// функция с именем srand, принимающая целое число, ничего не возвращает void srand(int) //функция с именем sqrt, принимающая вещественное число типа float, возвращает вещественное число типа float float sqrt(float) //функция с именем rand, которая не принимает аргументов, возвращает целое число int rand(void) //функция с именем pow, принимающая два аргумента типа double, возвращает вещественное число типа double double pow(double, double)

Как создать свою функцию

Для того чтобы создать свою функцию, необходимо её полностью описать. Тут действует общее правило: прежде чем использовать – объяви и опиши, как должно работать. Для этого вернёмся к схеме структуры программы на языке Си, которая у нас была в самом первом уроке. Отметим на ней те места, где можно описывать функции.

Рис.1 Уточнение структуры программы. Объявление функций.

Как видите, имеется аж два места, где это можно сделать.

Давайте посмотрим на пример, который иллюстрируют создание пользовательской функции вычисления максимального из двух чисел.

Листинг 3.

#include // объявляем пользовательскую функцию с именем max_num // вход: два целочисленных параметра с именами a и b // выход: максимальное из двух аргументов int max_num(int a, int b){ int max = b; if (a > b) max = a; return max; } //основная программа int main(void) { int x = 0, y = 0; int m = 0; scanf("%d %d", &x, &y); m = max_num(x,y); printf("max(%d,%d) = %d\n",x,y,m); return 0; }

Давайте я подробно опишу, как будет работать эта программа. Выполняется тело функции main . Создются целые переменные x , y и m . В переменные x и y считываются данные с клавиатуры. Допустим мы ввели 3 5 , тогда x = 3 , y = 5 . Это вам всё и так должно быть понятно. Теперь следующая строчка

Листинг 4.

M = max_num(x,y);

Переменной m надо присвоить то, что находится справа от знака = . Там у нас указано имя функции, которую мы создали сами. Компьютер ищет объявление и описание этой функции. Оно находится выше. Согласно этому объявлению данная функция должна принять два целочисленных значения. В нашем случае это значения, записанные в переменных x и y . Т.е. числа 3 и 5 . Обратите внимание, что в функцию передаются не сами переменные x и y , а только значения (два числа), которые в них хранятся. То, что на самом деле передаётся в функцию при её вызове в программе, называется фактическими параметрами функции.

Теперь начинает выполняться функция max_num . Первым делом для каждого параметра, описанного в заголовке функции, создается отдельная временная переменная. В нашем случае создаются две целочисленных переменных с именами a и b . Этим переменным присваиваются значения фактических параметров. Сами же параметры, описанные в заголовке функции, называются формальными параметрами. Итак, формальным параметрам a и b присваиваются значения фактических параметров 3 и 5 соответственно. Теперь a = 3 , b = 5 . Дальше внутри функции мы можем работать с этими переменными так, как будто они обычные переменные.

Создаётся целочисленная переменная с именем max , ей присваивается значение b . Дальше проверяется условие a > b . Если оно истинно, то значение в переменной max следует заменить на a .

Далее следует оператор return , который возвращает в вызывающую программу (функцию main ) значение, записанное в переменной max , т.е. 5 . После чего переменные a , b и max удаляются из памяти. А мы возвращаемся к строке

Листинг 5.

M = max_num(x,y);

Функция max_num вернула значение 5 , значит теперь справа от знака = записано 5 . Это значение записывается в переменную m. Дальше на экран выводится строчка, и программа завершается.

Внимательно прочитайте последние 4 абазаца ещё раз, чтобы до конца уяснить, как работает программа.

А я пока расскажу, зачем нужен нижний блок описания функций. Представьте себе, что в вашей программе вы написали 20 небольших функций. И все они описаны перед функцией main . Не очень-то удобно добираться до основной программы так долго. Чтобы решить эту проблему, функции можно описывать в нижнем блоке.

Но просто так перенести туда полностью код функции не удастся, т.к. тогда нарушится правило: прежде чем что-то использовать, необходимо это объявить. Чтобы избежать подобной проблемы, необходимо использовать прототип функции.

Прототип функции полностью повторяет заголовок функции, после которого стоит ; . Указав прототип в верхнем блоке, в нижнем мы уже можем полностью описать функцию. Для примера выше это могло бы выглядеть так:

Листинг 6.

#include int max_num(int, int); int main(void) { int x =0, y = 0; int m = 0; scanf("%d %d", &x, &y); m = max_num(x,y); printf("max(%d,%d) = %d\n",x,y,m); return 0; } int max_num(int a, int b){ int max = b; if (a > b) max = a; return max; }

Всё очень просто. Обратите внимание, что у прототипа функции можно не указывать имена формальных параметров, достаточно просто указать их типы. В примере выше я именно так и сделал.

---