如果主函数main()没有返回一个整数值会发生什么？

Question

我知道在C编译器中，main()函数是由_start()函数调用的，其代码大致如下：

exit(main()); // return value of main is returned

当main()的返回类型为void、float或其他类型时，_start()如何工作？

- Utkarsh Srivastav

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C和C++中main函数返回值的限制不同。 - fefe

@DanielFischer 对，但这与C++版本有何不同呢？在C+11中，它说“它应该具有类型int的返回类型”，位于3.6.1.2。 - Adrian Cornish

我听说Linux中的C运行时库，即crt1.o，它包含了你的_start()，是直接用汇编语言编写的，因此它没有类型系统。无论最终在预期的内存位置（或寄存器）中出现什么，都将被用作您的返回值... - Kerrek SB

@KerrekSB 这有关系吗 - 如果你只是说 c/c++，那么它必须在语言的每个实现上都能工作，无论是 Linux 服务器还是洗衣机。 - Adrian Cornish

Ok C99 5.1.22.1.1 表示“它应该定义为 int 类型的返回值”，c++14882 3.6.1.1 表示“它应该有一个 int 类型的返回值”，而 c++14882-2011 3.6.1.1 则表示“它应该有一个 int 类型的返回值”，因此 @fefe，它们在 C 和 C++ 之间似乎被明确定义为相同的。 - Adrian Cornish

Answer 1

如果 main 没有返回 int，那么你的程序就是不合法的，行为是未定义的。任何事情都可能发生。你的程序可能会崩溃，或者它可能像什么都没有发生一样运行。

假设 main 返回了除 int 以外的其他类型，并且你的编译器和链接器允许生成该程序。但是调用者并不知道这一点。如果调用者期望返回的 int 值存储在 EAX（Intel）寄存器中，则它将读取该值以确定 main 的返回值。如果你有缺陷的 main 在那里存储了一个 float 值，那么它将被解释为一个 int。 （这并不意味着它会被截断。它意味着组成浮点值布局的位将代替组成 int 的位。）如果你有缺陷的 main 返回了 void，那么它没有在预期的寄存器中存储任何内容，因此调用者将得到先前在该寄存器中存储的任何值。

如果你的 main 返回某个类型，它期望将其存储在调用者没有为其保留内存的某个位置（例如一个大型结构体），那么它将覆盖其他东西，可能是程序干净关闭所必需的重要内容，导致你的程序崩溃。

- Rob Kennedy

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如何将浮点数存储在EAX寄存器中？ - Kerrek SB

@KerrekSB - 很好的问题。尽管在80486之前它相对常见。毕竟，浮点数只是32位的东西，您需要使用特殊规则来操作它。 - Omnifarious

浮点数是否以寄存器的形式返回，@Kerrek？我不知道。在我回答中描述的虚构场景中，“main”确实已经——以某种方式——将一个浮点数存储在调用者期望放置整数的位置。行为是未定义的，因此我可以描述任何奇怪的工作方式！ - Rob Kennedy

@RobKennedy: 通常情况下，浮点数会返回到你的FPU中的浮点寄存器中（例如80387或现代MMX）。 - Kerrek SB

x86的cdecl在ST0中返回浮点数。新的SIMD寄存器仅在x64中使用，其中XMM0包含FP返回值。 - MSalters

在C语言中，如果实现允许，主函数main可以返回除int以外的其他类型--但是在托管型实现中很少有好的理由这样做。 - Keith Thompson

Answer 2

C标准从未提到过这个_start函数；我认为C++也没有。

在1999年之前的ISO标准中，如果执行到main()的结尾而没有执行return语句，或者执行了一个没有指定返回值的return语句，则“返回给主机环境的终止状态是未定义的”。实际上，我见过这样的程序返回1（失败）或一些任意的内存值，例如最后调用的函数的结果。

1999年的ISO C标准改变了这个规则：“到达终止main函数的}会返回值0”。这符合C++自至少1998年第一个ISO C++标准以来的规则。

（作为一种风格，即使不是强制要求，我喜欢在main的末尾明确使用return 0;。这与除main外的其他int函数一致，并且可以更好地移植到C99之前的编译器中。）

所有这些都假设main的返回类型是int。这是C标准特别支持的唯一类型（int main(void)或int main(int argc, char *argv[])或等效形式），但（托管）实现可以支持其他实现定义的定义。C90标准没有明确涵盖这种情况，但C99说：“如果返回类型与int不兼容，则返回给主机环境的终止状态是未指定的。”

C++标准有些不同。对于托管实现，main必须被定义为返回int。参数是实现定义的，但C的两个标准形式都必须得到支持。

对于用C或C++进行托管实现，我不知道有什么好的理由来定义 main 的返回类型除了int。只需使用这两个标准定义之一，问题就不会出现。

对于“自由实现”，“程序启动时调用的函数的名称和类型为实现定义”。因此入口点可能合法地返回void或其他内容，并且它甚至可能不被称为main。请注意，“自由实现”是指“在其中可以执行C程序而无需任何操作系统支持”的典型嵌入式系统。

- Keith Thompson

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根据这个定义，系统内核开发不也算是“独立实现”吗？当然，如果操作系统内核到达入口点函数的末尾，那就有问题了... - user

@MichaelKjörling：很可能。实际上，如果实现者说它是“独立的”（并符合更弱的独立实现要求），那么它就是“独立的”。 - Keith Thompson

@KeithThompson：在 C99 之前，如果程序执行完 main() 函数时既没有执行 return 语句，也没有指定返回值的 return 语句，那么“返回给操作系统的终止状态是未指定的”，而不是 undefined。 - Destructor

@PravasiMeet: 请问你引用这句话的出处是什么？C90标准，5.1.2.2.3章节中写道：“如果主函数执行了一个没有指定返回值的return语句，则返回给宿主环境的终止状态是未定义的。”（强调部分）当然，“未指定的”可能更合理一些。 - Keith Thompson

Answer 3

该函数将返回一个实现定义的值。例如，在C++中，main隐式地返回0。在void main的情况下，则会由_start简单地返回此值。但是，几乎没有任何实现允许任意的返回类型-退出进程时都必须使用整数值，这已经被嵌入到操作系统中了。

- Puppy

Answer 4

在C++中，如果从main()函数中返回除了int以外的任何类型，那么将会出现编译错误：

error: ‘::main’ must return ‘int’

在C语言中，这是一个警告，您将会得到一个被重新解释为int的浮点数：例如，2.1F将被重新解释为224。

- Sergey Kalinichenko

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FYI，gcc 默认情况下不会发出任何警告。 - shinkou

@shinkou 我刚试了一下gcc - 它给了我 warning: return type of ‘main’ is not ‘int’。 - Sergey Kalinichenko

顺便说一下，我在gcc版本4.5.2（64位）上进行了测试。 - shinkou

Answer 5

C的标准实现要求main函数返回一个int类型，这是由C标准定义的。如果返回的不是int（或与int兼容的类型），那么通常会导致未定义的行为，也就是说无法确定会发生什么。

然而，也有非标准的C实现。例如，Plan 9操作系统使用的是void main()，这里有他们实用程序源代码的列表。Plan 9的C代码与K&R、ANSI、C99或C11有很大的区别。这里有一个链接，解释了Plan 9如何使用C语言。

- dreamlax

Answer 6

如果main的返回类型不是int，那么返回值就是实现定义的。简而言之，实现允许main的返回类型与int不同，但已知的实现都只支持int类型。理想情况下，您需要参考平台和编译器的文档，以查看它定义的确切行为，因为标准允许其具有灵活性。

参考资料：

C++03标准：

3.6.1主函数[basic.start.main]

一个实现不应该预定义main函数。这个函数不应该被重载。它应该有一个返回类型为int的返回类型，但其类型是实现定义的。所有实现都应该允许以下两种定义的main:

int main() { /* ... */ }

和

int main(int argc，char * argv []) { /* ... */ }

.....

- Alok Save

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这难道不意味着它必须具有int返回类型，但除此之外，只要实现允许没有参数和argc/argv（即返回类型为int，但main函数的类型是实现定义的），则可以采用任何参数。我在等待咖啡沉淀，所以可能我说的不清楚... - dreamlax

Answer 7

假设我们正在使用Visual Studio 2012。

对于C++程序，Visual Studio允许指定void作为返回类型，尽管这在C++标准中是被禁止的。根据标准，在托管实现中，main()必须返回一个int。

对于C程序，main()可以返回任何返回类型，但返回除int以外的其他内容会导致未指定的行为。例如，在Visual Studio 2012下，从double main()返回0.0会导致在调试器中运行程序时返回值为0xcccccccc（请参见在Visual Studio C++中，内存分配表示是什么？）。

- bwDraco

Answer 8

C标准不允许您返回除int 或void之外的任何其他值 - c编译器会特别检查main的签名以确保其兼容。

- Soren

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C99（以及我所见过的C11草案）没有提到“void”。只有一个返回类型为“int”的明确提及“它应该被定义为返回类型为‘int’”，但不幸的是，这句话以“或者以某种其他实现定义的方式”结束（5.1.2.2.1）。 - Daniel Fischer

因为void return 5.1.2.2.1的评论被downvote了，但是该条款并没有提到void returns。 - Adrian Cornish

@DanielFischer：我认为“以某种其他实现定义的方式”是指参数及其类型，而不是返回类型。 - dreamlax

@dreamlax 我相信这是意图。但就我对英语的了解而言，它可以被理解为允许任意实现定义的类型。我曾经看到过这样的争论。不幸的是，尚未完全明确 int 是唯一允许的返回类型（对于托管实现）。 - Daniel Fischer