MSVC CRT运行库启动代码分析

原文链接：http://www.programlife.net/msvc-crt-startup.html

在程序进入main/WinMain函数之前，需要先进行C运行库的初始化操作，通过在Visual Studio中调试，通过栈回溯可以找到位于crt0.c中的_tmainCRTStartup函数，这个函数负责进行一些初始化操作，_tmainCRTStartup的上一层调用来自kernel32.dll。这里简单分析一下crt0.c的代码。

实际上，C运行库代码又有两个版本，如果是静态编译的话代码位于crt0.c之中，如果是动态编译的话代码位于crtexe.c之中，这里可以通过项目属性的“配置属性”——“C/C++”——“代码生成”——“运行库”的MT和MD进行设置。

根据工程的类型的不同（Win32工程和Console工程），以及工程编码的不同（Unicode与多字节），实际的入口函数会有四种不同的可能，_tmainCRTStartup被设置为一个红，根据工程的设置，实际的名字选取其中的一种：

#ifdef _WINMAIN_

#ifdef WPRFLAG
#define _tmainCRTStartup    wWinMainCRTStartup
#else  /* WPRFLAG */
#define _tmainCRTStartup    WinMainCRTStartup
#endif  /* WPRFLAG */

#else  /* _WINMAIN_ */

#ifdef WPRFLAG
#define _tmainCRTStartup    wmainCRTStartup
#else  /* WPRFLAG */
#define _tmainCRTStartup    mainCRTStartup
#endif  /* WPRFLAG */

#endif  /* _WINMAIN_ */
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_tmainCRTStartup实际上是__tmainCRTStartup的一个包装函数，在调用后者之前，对cookie进行了初始化操作，如果设置了/GS选项的话，在函数调用过程中，建立栈帧的时候会设置一个cookie，函数返回之前会校验cookie是否一致，简单的判断是否发出缓冲区溢出。

int
_tmainCRTStartup(
        void
        )
{
        __security_init_cookie();

        return __tmainCRTStartup();
}
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我的测试环境是Visual Studio 2010，__tmainCRTStartup函数的代码感觉和VC6的还是有一定差距的，《C++反汇编与逆向分析》和《程序员的自我修养》都是以VC6的代码作为例子讲解的。__tmainCRTStartup的基本流程为：堆初始化、多线程初始化、IO初始化、命令行参数解析、环境变量参数解析、全局数据和浮点数寄存器初始化、main函数调用、返回。分析如下

int
__tmainCRTStartup(
         void
         )
{
        int initret;
        int mainret=;
        int managedapp;
#ifdef _WINMAIN_
        _TUCHAR *lpszCommandLine;
        STARTUPINFOW StartupInfo;

        GetStartupInfoW( &StartupInfo );
#endif  /* _WINMAIN_ */

#ifdef _M_IX86
        // 对于32位程序，设置为如果检测到堆败坏则则自动结束进程
        // 64位程序默认就设置了这个行为
        if (!_NoHeapEnableTerminationOnCorruption)
        {
            HeapSetInformation(NULL, HeapEnableTerminationOnCorruption, NULL, );
        }
#endif  /* _M_IX86 */

        // 检测PE头中的标志
        managedapp = check_managed_app();
        // ======================================================
        // 堆初始化操作
        // 对于32位程序而言，_heap_init通过CreateHeap创建一个堆
        // ======================================================
        if ( !_heap_init() )                /* initialize heap */
            fast_error_exit(_RT_HEAPINIT);  /* write message and die */
        // 初始化多线程环境，暂时不做分析
        if( !_mtinit() )                    /* initialize multi-thread */
            fast_error_exit(_RT_THREAD);    /* write message and die */

        _CrtSetCheckCount(TRUE);

#ifdef _RTC
        _RTC_Initialize();
#endif  /* _RTC */

        __try {
            // I/O初始化，暂时不做分析
            if ( _ioinit() <  )            /* initialize lowio */
                _amsg_exit(_RT_LOWIOINIT);
            // 获取命令行参数
            /* get wide cmd line info */
            _tcmdln = (_TSCHAR *)GetCommandLineT();
            // 获取环境变量参数
            _tenvptr = (_TSCHAR *)GetEnvironmentStringsT();
            // 解析并设置命令行参数
            if ( _tsetargv() <  )
                _amsg_exit(_RT_SPACEARG);
            // 解析并设置环境变量参数
            if ( _tsetenvp() <  )
                _amsg_exit(_RT_SPACEENV);
            // 初始化全局数据和浮点寄存器
            initret = _cinit(TRUE);                  /* do C data initialize */
            if (initret != )
                _amsg_exit(initret);
            // 进入(w)WinMain或者(w)main函数
#ifdef _WINMAIN_
            lpszCommandLine = _twincmdln();
            mainret = _tWinMain( (HINSTANCE)&__ImageBase,
                                 NULL,
                                 lpszCommandLine,
                                 StartupInfo.dwFlags & STARTF_USESHOWWINDOW
                                      ? StartupInfo.wShowWindow
                                      : SW_SHOWDEFAULT
                                );
#else  /* _WINMAIN_ */
            _tinitenv = _tenviron;
            mainret = _tmain(__argc, _targv, _tenviron);
#endif  /* _WINMAIN_ */

            if ( !managedapp )
                exit(mainret);

            _cexit();

        }
        // 异常处理
        __except ( _XcptFilter(GetExceptionCode(), GetExceptionInformation()) )
        {
            /*
             * Should never reach here
             */

            mainret = GetExceptionCode();

            if ( !managedapp )
                _exit(mainret);

            _c_exit();

        } /* end of try - except */

        return mainret;
} 

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下面分析一下_cinit函数。阉割之后的代码大致是这样的：

int __cdecl _cinit (
        int initFloatingPrecision
        )
{
    int initret;
    // 浮点寄存器初始化
    if (_FPinit != NULL &&
        _IsNonwritableInCurrentImage((PBYTE)&_FPinit))
    {
        (*_FPinit)(initFloatingPrecision);
    }

    // C语言数据初始化
    initret = _initterm_e( __xi_a, __xi_z );
    if ( initret !=  )
        return initret;

    // C++数据初始化
    _initterm( __xc_a, __xc_z );

    return ;
}
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首先进行浮点寄存器初始化操作，之后进行C语言数据初始化和C++数据初始化。_initterm_e函数和_initterm函数的代码差不多，差别不过是一个返回void，一个返回int。

typedef void (__cdecl *_PVFV)(void);

void __cdecl _initterm (
    _PVFV * pfbegin,
    _PVFV * pfend
    )
{
    while ( pfbegin < pfend )
    {
        if ( *pfbegin != NULL )
            (**pfbegin)();
        ++pfbegin;
    }
}
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_PVFV是一个函数指针类型，_initterm就是遍历pfbegin到pfend（不包括pfend）之间不为NULL的函数指针并进行调用。C++全局类的构造函数就是在这个地方进行调用的，编译器会对注册函数进行预处理，填充到pfbegin和pfend之间的指针。在调用函数的时候，进行了两次解引用操作：(**pfbegin)()。这里只解引用一次就够了，或者如果你愿意，解引用N次也行：(***************pfbegin)()。对于C++全局类，调用(**pfbegin)()在调用构造函数的同时，通过atexit函数对析构函数进行了注册，使得在main返回之后析构函数能够调用：

int __cdecl atexit (
    _PVFV func
    )
{
    return (_onexit((_onexit_t)func) == NULL) ? - : ;
}

析构函数的调用将程序退出之前：

void __cdecl exit (
    int code
    )
{
    doexit(code, , ); /* full term, kill process */
}

static void __cdecl doexit (
    int code,
    int quick,
    int retcaller
    )
{
    // ......部分代码省略
    _initterm(__xp_a, __xp_z);

    // ......部分代码省略
    _initterm(__xt_a, __xt_z);

    // ......部分代码省略
    __crtExitProcess(code);

    // ......部分代码省略
}

可以看到，还是通过调用_initterm来执行析构函数相关的代码。

关于函数指针解引用，由编译器隐式转换成指向函数的指针。所以无论进行多少次解引用都可以，不解引用也可以。

#include <stdio.h>

typedef void (__cdecl *FN)(void);

void TestFun()
{
    printf("TestFun()\n");
}

int main(int argc, char **argv)
{
    FN pFn = reinterpret_cast<FN>(TestFun);
    printf("%08X\n", pFn);
    printf("%08X\n", *pFn);
    printf("%08X\n", **pFn);
    pFn();    // 不解引用，直接使用函数指针

    return ;
}
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输出如下：