【C语言标准库使用】C语言标准库及3个操作系统下的实现

发表于 2019-09-09 21:26:11 分类于后端技术， C语言 Valine：

C语言库

C标准库

C标准库也叫ISO C库，定义了一组宏、类型和函数，用于输入/输出处理、字符串处理、内存管理、数学计算以及许多与操作系统服务相关的。它们在C标准（如C11标准）中做了规定。内容分布在各个头文件中，比如上面提到的math.h。

POXIS库

首先要理解什么是POSIX。
POSIX全称：可移植操作系统接口。故名思议，由于当时Unix诞生之后，由于各个厂商都实现自己的Unix（都敢使用Unix，由于版权的问题），接口的不统一，导致在各个厂商下基于不同的操作系统开发变得很乱，为了解决这一问题，便有了POSIX标准。

84个头文件

ISO C标准定义的头文件(24项)

<assert.h>       ----------------------   验证程序断言
<complex.h>    ----------------------   支持复数算术运算
<ctype.h>        ----------------------   字符类型
<errno.h>        ----------------------   出错码
<fenv.h>          ----------------------   浮点环境
<float.h>          ----------------------   浮点常量
<inttypes.h>    ----------------------   整型格式转换
<iso646.h>      ----------------------   替代关系操作符宏
<limits.h>         ----------------------   实现常量
<locale.h>       ----------------------   局部类别
<math.h>         ----------------------   数学常量
<setjmp.h>      ----------------------   非局部goto
<signal.h>       ----------------------   信号
<stdarg.h>      ----------------------   可变参数表
<stdbool.h>     ----------------------   布尔类型和值
<stddef.h>       ----------------------   标准定义
<stdint.h>        ----------------------   整型
<stdio.h>         ----------------------   标准I/O库
<stdlib.h>        ----------------------   实用程序库函数
<string.h>       ----------------------   字符串操作
<tgmath.h>     ----------------------   通用类型数学宏
<time.h>         ----------------------   时间和日期
<wchar.h>      ----------------------   扩展的多字节和宽字符支持
<wctype.h>     ----------------------   宽字符分类和映射支持

POSIX标准定义的必须的头文件(26项)

<dirent.h>      ----------------------   目录项
<fcntl.h>         ----------------------   文件控制
<fnmatch.h>   ----------------------   文件名匹配类型
<glob.h>         ----------------------   路径名模式匹配类型
<grp.h>          ----------------------   组文件
<netdb.h>      ----------------------   网络数据库操作
<pwd.h>         ----------------------   口令文件
<regex.h>      ----------------------   正则表达式
<tar.h>           ----------------------   tar归档值
<termios.h>    ----------------------   终端I/O
<unistd.h>      ----------------------   符号常量
<utime.h>       ----------------------   文件时间
<wordexp.h>   ----------------------   字扩展类型
<arpa/inet.h>  ----------------------   Internet定义
<net/if..h>       ----------------------   套接字本地接口
<netinet/in.h> ----------------------   Internet地址族
<netinet/tcp.h>----------------------   传输控制协议定义
<sys/mman.h>----------------------   内存管理声明
<sys/select.h>----------------------   select函数
<sys/socket.h>----------------------   套接字接口
<sys/stat.h>    ----------------------   文件状态
<sys/times.h>  ----------------------   进程时间
<sys/types.h>  ----------------------   基本系统数据类型
<sys/un.h>      ----------------------   UNIX域套接字定义
<sys/utsname.h>----------------------系统名
<sys/wait.h>    ----------------------   进程控制

POSIX标准定义的XSI扩展头文件(26项)

列表如下：

<cpio.h>          ----------------------   cpio归档值
<dlfcn.h>         ----------------------   动态链接
<fmtmsg.h>     ----------------------   消息显示结构
<ftw.h>            ----------------------   文件树漫游
<iconv.h>        ----------------------   代码集转换实用程序
<langinfo.h>    ----------------------   语言信息常量
<libgen.h>       ----------------------   模式匹配函数定义
<monetary.h>  ----------------------   货币类型
<ndbm.h>        ----------------------   数据库操作
<nl_types.h>   ----------------------   消息类别
<poll.h>           ----------------------   轮询函数
<search.h>      ----------------------   搜索表
<strings.h>      ----------------------   字符串操作
<syslog.h>      ----------------------   系统出错日志记录
<ucontext.h>   ----------------------   用户上下文
<ulimit.h>        ----------------------   用户限制
<utmpx.h>       ----------------------   用户帐户数据库
<sys/ipc.h>      ----------------------   IPC
<sys/msg.h>    ----------------------   消息队列
<sys/resource.h>-------------------   资源操作
<sys/sem.h>    ----------------------   信号量
<sys/shm.h>    ----------------------   共享存储
<sys/statvfs.h>----------------------   文件系统信息
<sys/time.h>    ----------------------   时间类型
<sys/timeb.h>  ----------------------   附加的日期和时间定义
<sys/uio.h>      ----------------------   矢量I/O操作

POSIX标准定义的可选头文件(8项)

<aio.h>            ----------------------   异步I/O
<mqueue.h>    ----------------------   消息队列
<pthread.h>    ----------------------   线程
<sched.h>       ----------------------   执行调度
<semaphore.h>---------------------   信号量
<spawn.h>       ----------------------   实时spawn接口
<stropts.h>      ----------------------   XSI STREAMS接口
<trace.h>         ----------------------   时间跟踪

实现C库

从这部分开始讨论真实的代码。实现标准库的开发者先阅读官方ISO文档需求，然后把它们转成代码。实现时必须依赖特定操作系统提供的功能（读/写文件，分配内存，创建线程等等，通过所谓的系统调用），因此每个平台都要有自己的一套标准库实现。有时它是系统的一个核心部分，有时由另外的组件（编译器）提供，这个必须另外下载。

GNU/Linux的实现

GNU C库即glibc，是GNU项目对C标准库的实现。并不是所有的标准C函数都能在glibc中找到：大部分数学函数其实由libm实现，它是另外的一个库。
目前glibc是Linux上使用最广泛的C库。不过在90年代有个glibc的竞争者叫Linux libc（或者就叫libc），它fork自glibc 1.x。有段时间内，Linux libc是许多Linux发行版的标准C库。
经过多年的开发，glibc被证明远远优于Linux libc，曾经使用libc的Linux发行版都转成使用glibc了。所以要是你的磁盘上有个文件叫libc.so.6请不要惊慌，它是个现代的glibc。版本号涨到6是为了避免与之前Linux libc的版本混淆（不能把它命名成glibc.so.6，因为所有的Linux库命名都必须以lib开头）。
再来看看C++库，实现于libstdc++，或者叫GNU标准C++库。它是个一直持续着的项目，在GNU/Linux上实现了标准C++库。一般常见的Linux发行版默认使用libstdc++。

Mac和iOS的实现

在Mac和iOS上，C标准库的实现是核心库libSystem的一部分，位于/usr/lib/libSystem.dylib。LibSystem还包括了数学库、线程库及其他底层组件。
至于C++标准库，Mac在OS X Mavericks(10.9 版本)前默认使用libstdc++，与现代Linux系操作系统使用相同的。自OS X Mavericks之后，苹果转而使用libc++，它由Mac官方编译器框架LLVM项目实现，用以替代GNU libstdc++标准库。
iOS开发者通过iOS SDK(Software Development Kit)使用标准库。iOS SDK是一组用于创建移动App的工具集。

Windows的实现

Windows上标准库的实现与微软官方编译器Visual Studio严格绑在一起，称为C/C++运行时库(CRT)，它包括了标准库的实现。
最初将CRT实现为CRTDLL.DLL库。从Windows 95开始，微软把它实现在MSVCR[版本号].DLL（MSVCR20.DLL, MSVCR70.DLL等）中，猜测也包含了C++标准库。
1997年左右，他们决定把文件名简化为MSVCRT.DLL，这不幸导致了臭名昭著的DLL mess。这也就是为什么从Visual Studio 7.0后又转回每个版本搭载DLLs。
Visual Studio 2015对CRT做了大规模重构，C/C++标准库实现在一个新的库，名为统一C运行时库(Universal CRT or UCRT)，编译成UCRTBASE.DLL。
UCRT目前已成为Windows的组件，从Windows 10开始作为操作系统的一部分。

本文参考资料

http://www.cnitblog.com/guopingleee/archive/2007/08/13/31701.html