带你玩转 Visual Studio——带你跳出坑爹的 Runtime Library 坑
上一篇文章帶你玩轉(zhuǎn) Visual Studio——帶你理解微軟的預(yù)編譯頭技術(shù)我們了解了微軟的預(yù)編譯頭技術(shù)，預(yù)編譯的方式讓我們的工程編譯的更加快速；本篇文章將繼續(xù)介紹微軟的另一項技術(shù)，也就是運行時庫 Runtime Library。
在 Windows 下進行 C++的開發(fā)，不可避免的要與 Windows 的底層庫進行交互，然而 VS 下的一項設(shè)置 MT、MTd、MD 和 MDd 卻經(jīng)常讓人搞迷糊，相信不少人都被他坑過，特別是你工程使用了很多第三庫的時候，及容易出現(xiàn)各種鏈接問題?？匆幌孪旅孢@個錯誤提示： LIBCMT.lib(_file.obj) : error LNK2005:?_initstdio already defined in libc.lib(_file.obj) LIBCMT.lib(file.obj) : error LNK2005:?endstdio already defined in libc.lib(_file.obj)
有多少人被這玩意坑過，被坑過的請舉腳！哈哈……
既然這里這么容易出問題，我們就有必要對其進行深入的了解，知其然且知其所以然才能萬事無懼！
1. 什么是 Runtime Library？
Runtime Library 就是運行時庫，也簡稱 CRT(C Run Time Library)。是程序在運行時所需要的庫文件，通常運行時庫是以 Lib 或 Dll 形式提供的。
Windows 下C Runtime Library是微軟對 C 標準庫函數(shù)的實現(xiàn)，這樣每個程序可以直接使用 C 標準庫的函數(shù)；后來出現(xiàn)了 C++，于是又在 C Runtime Library 基礎(chǔ)上開發(fā)了C++ Runtime Library，實現(xiàn)了對 C++標準庫的支持。因此現(xiàn)在 Windows 下的 C/C++ 運行時庫既包含子 C 標準庫，也包含了 C++ 標準庫。如果你安裝了 VS2010，在安裝目錄下的 VC\crt\src 下(如我的目錄是 C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\crt\src)有運行時庫(CRT)的源代碼，這里既有 C 的文件(如 output.c、stdio.h 等)，也有 C++ 的文件(如 iostream、string)。
在 C Runtime Library 出現(xiàn)之前，許多程序都使用 C 編寫，而這些程序都要使用標準的 C 庫，按照以前的方式每一個程序最終都要拷貝一份標準庫的實現(xiàn)到程序中，這樣同一時刻內(nèi)存中可能有許多份標準庫的代碼（一個程序一份），所以微軟出于效率的考慮把標準 C 庫做為動態(tài)鏈接來實現(xiàn)，這樣多個程序使用 C 標準庫時內(nèi)存中就只有一份拷貝了。
確切地說運行時庫指的就是對這些底層的基礎(chǔ)功能實現(xiàn)的動態(tài)庫( Dll ),運行時庫和普通的 Dll 一樣，只有程序用到了它才會被加載，沒有程序使用的時候不會駐留內(nèi)存的。話雖如此，但有多少系統(tǒng)的東西說不定也是用 C 寫的，這些東西的存在就使 C 運行時庫存在于內(nèi)存中了，所以運行時庫幾乎總是需要的。雖然說運行時庫應(yīng)該是動態(tài)庫，但習(xí)慣上我們把與動態(tài)運行時庫相同代碼編譯出來的靜態(tài)庫也稱為運行時庫，因此 VC++下的運行時庫有 ML、MLd、MT、MTd、MD、MD 六種(這個后面會講)。
1.1 運行時庫的主要作用
提供 C 標準庫(如 memcpy、printf、malloc 等)、C++ 標準庫（STL）的支持。
應(yīng)用程序添加啟動函數(shù)，啟動函數(shù)的主要功能為將要進行的程序初始化，對全局變量進行賦初值，加載用戶程序的入口函數(shù)。
不采用寬字符集的控制臺程序的入口點為 mainCRTStartup(void) 。下面我們以該函數(shù)為例來分析運行時庫究竟為我們添加了怎樣的入口程序。這個函數(shù)在 crt0.c 中被定義，下列的代碼經(jīng)過了筆者的整理和簡化：
void mainCRTStartup(void) {int mainret;/*獲得 WIN32 完整的版本信息*/_osver = GetVersion();_winminor = (_osver >> 8) & 0x00FF ;_winmajor = _osver & 0x00FF ;_winver = (_winmajor << 8) + _winminor;_osver = (_osver >> 16) & 0x00FFFF ;_ioinit(); /* initialize lowio *//* 獲得命令行信息 */_acmdln = (char *) GetCommandLineA();/* 獲得環(huán)境信息 */_aenvptr = (char *) __crtGetEnvironmentStringsA();_setargv(); /* 設(shè)置命令行參數(shù) */_setenvp(); /* 設(shè)置環(huán)境參數(shù) */_cinit(); /* C 數(shù)據(jù)初始化：全局變量初始化，就在這里！*/__initenv = _environ;mainret = main( __argc, __argv, _environ ); /*調(diào)用 main 函數(shù)*/exit( mainret ); }從以上代碼可知，運行庫在調(diào)用用戶程序的 main 或 WinMain 函數(shù)之前，進行了一些初始化工作。初始化完成后，接著才調(diào)用了我們編寫的 main 或 WinMain 函數(shù)。只有這樣，我們的 C 語言運行時庫和應(yīng)用程序才能正常地工作起來。
除了 crt0.c 外，C 運行時庫中還包含 wcrt0.c、 wincrt0.c、wwincrt0.c 三個文件用來提供初始化函數(shù)。wcrt0.c 是 crt0.c 的寬字符集版，wincrt0.c 中包含 windows 應(yīng)用程序的入口函數(shù)，而 wwincrt0.c 則是 wincrt0.c 的寬字符集版。
2. MT、MTd、MD、MDd、( ML、MLd 已廢棄)的區(qū)別與原理
我們可以在 Properties->Configuration Properties->C/C++->Code Generation->Runtime Library 中設(shè)置采用的運行時庫的類型。
在帶你玩轉(zhuǎn) Visual Studio——帶你發(fā)布自己的工程庫一文中已經(jīng)詳細講解了靜態(tài)庫 (Lib) 與動態(tài)庫 (Dll) 的區(qū)別。我們知道編譯出的靜態(tài)庫只有一個 ProjectName.lib 文件，而編譯出的動態(tài)庫有兩個文件：ProjectName.lib+ProjectName.dll，一個是導(dǎo)入庫，一個動態(tài)庫。
VC++中有六種 Runtime Library 的類型:
你可以在 VS 的安裝目錄下找到這些庫文件，如我的 VS2010 安裝在 C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0，則可以在 C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\lib\和 C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\lib\amd64\中分別找到對應(yīng) 32 位和 64 位的 libcmt.lib、libcmtd.lib、msvcrt.lib、msvcrtd.lib 庫。libc.lib 和 libcd.lib 由于在 VS2005 就已經(jīng)廢棄了，所以在這肯定找不到。
通過上面的表格你會發(fā)現(xiàn)，多線程的動態(tài)運行時庫是| msvcrt.lib+msvcrtxx.dll，之所以是 msvcrtxx.dll 是因為每一個版本的 VS 使用的庫名稱還不一樣。而且還不止包含一個庫，除了主要的 MSVCRT 庫外，還有 MSVCPRT、MSVCIRT 庫。它們之間的對應(yīng)關(guān)系如下：
參考閱讀：https://support.microsoft.com/en-us/kb/154753
在你的 VS 安裝目錄下(如 C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0\VC\redist\x64\Microsoft.VC100.CRT)，及系統(tǒng)目錄 C:\Windows\System32、C:\Windows\SysWOW64 下都能找到對應(yīng)的.dll 庫。
很多的軟件在發(fā)布自己的產(chǎn)品時也都會帶上這些 DLL (防止用戶的操作系統(tǒng)沒有安裝 VS，或在系統(tǒng)目錄下找不到對應(yīng)的 DLL )，如我電腦上的百度影音安裝目錄下就有 MSVCR71.DLL(C:\Program Files (x86)\baidu\BaiduPlayer\4.1.2.286\MSVCR71.DLL)，WPS 的安裝目錄下有 msvcr100.dll(C:\Program Files (x86)\WPS Office\9.1.0.5132\wtoolex\msvcr100.dll)和 msvcp100.dll(C:\Program Files (x86)\WPS Office\9.1.0.5132\wtoolex\msvcp100.dll)
(1). 靜態(tài)鏈接的單線程庫
靜態(tài)鏈接的單線程庫只能用于單線程的應(yīng)用程序， C 運行時庫的目標代碼最終被編譯在應(yīng)用程序的二進制文件中。通過 /ML 編譯選項可以設(shè)置 Visual C++ 使用靜態(tài)鏈接的單線 程庫。
(2). 靜態(tài)鏈接的多線程庫
靜態(tài)鏈接的多線程庫的目標代碼也最終被編譯在應(yīng)用程序的二進制文件中，但是它可以在多線程程序中使用。通過 /MT 編譯選項可以設(shè)置 Visual C++ 使用靜態(tài)鏈接的多線程庫。
該選項生成的可執(zhí)行文件運行時不需要運行時庫 dll 的參加，會獲得輕微的性能提升，但最終生成的二進制代碼因鏈入龐大的運行時庫實現(xiàn)而變得非常臃腫。當某項目以靜態(tài)鏈接庫的形式嵌入到多個項目，則可能造成運行時庫的內(nèi)存管理有多份，最終將導(dǎo)致致命的“ Invalid Address specified to RtlValidateHeap”問題。
(3). 動態(tài)鏈接的運行時庫 動態(tài)鏈接的運行時庫將所有的 C 庫函數(shù)保存在一個單獨的動態(tài)鏈接庫 MSVCRTxx.DLL 中， MSVCRTxx.DLL 處理了多線程問題。使用 /MD 編譯選項可以設(shè)置 Visual C++ 使用動態(tài)。
鏈接時將按照傳統(tǒng) VC 鏈接 dll 的方式將運行時庫 MSVCRxx.DLL 的導(dǎo)入庫 MSVCRT.lib 鏈接，在運行時要求安裝了相應(yīng)版本的 VC 運行時庫可再發(fā)行組件包（當然把這些運行時庫 dll 放在應(yīng)用程序目錄下也是可以的）。 因/MD 和/MDd 方式不會將運行時庫鏈接到可執(zhí)行文件內(nèi)部，可有效減少可執(zhí)行文件尺寸。當多項目以 MD 方式運作時，其內(nèi)部會采用同一個堆，內(nèi)存管理將被簡化，跨模塊內(nèi)存管理問題也能得到緩解。
/MDd 、 /MLd 或 /MTd 選項使用 Debug runtime library ( 調(diào)試版本的運行時刻函數(shù)庫 ) ，與 /MD 、 /ML 或 /MT 分別對應(yīng)。 Debug 版本的 Runtime Library 包含了調(diào)試信息，并采用了一些保護機制以幫助發(fā)現(xiàn)錯誤，加強了對錯誤的檢測，因此在運行性能方面比不上 Release 版本。
結(jié)論：/MD 和/MDd 將是潮流所趨，/ML 和/MLd 方式請及時放棄，/MT 和/MTd 在非必要時最好也不要采用了。
3. 如何避免這種錯誤
3.1?/MD 和/MDd 將是潮流所趨,/ML 和/MLd 方式請及時放棄,/MT 和/MTd 在非必要時最好也不要采用了。?盡量使用/MD、/MDd 這種方式，除非有某些特殊的需要,如希望編譯出來的.exe 可執(zhí)行文件不需要依賴運行時庫的.dll；
3.2?在多工程開發(fā)時，所有的工程使用同一種運行時庫。如 Utils 的 Solution 下有兩個 Project：Utils 和 UsingUtils，UsingUtils 工程要使用 Utils 工程編譯出來的庫。如果 Utils 使用了/MDd 的方式，UsingUtils 也要使用/MDd 的方式，否則會報鏈接錯誤。
如果 Utils 使用 MTd 的方式，而 UsingUtils 使用/MDd 的方式，則會出現(xiàn)重定義的錯誤，如：
1>LIBCMTD.lib(setlocal.obj) : error LNK2005:?configthreadlocale already defined in MSVCRTD.lib(MSVCR100D.dll) 1>LIBCMTD.lib(dbgheap.obj) : error LNK2005:?free_dbg already defined in MSVCRTD.lib(MSVCR100D.dll) 1>LIBCMTD.lib(dbgheap.obj) : error LNK2005: __CrtSetCheckCount already defined in MSVCRTD.lib(MSVCR100D.dll) 這是因為 Utils 使用 MTd 的方式，包含了 libcmtd.lib 庫；而 UsingUtils 使用/MDd 的方式，要包含 msvcrtd.lib+msvcrtxxd.dll。libcmtd.lib 和 msvcrtd.lib 是用相同代碼編譯的，一個是靜態(tài)庫，一個動態(tài)庫的導(dǎo)入庫，同時包含 libcmtd.lib 和 msvcrtd.lib 肯定就對相同的函數(shù)進行了重復(fù)的定義。
以 Release 方式進行編譯時使用 Release 的庫，使用 Debug 的方式編譯時使用 Debug 的庫。如編譯 Release 版本的 UsingUtils 時，要使用 Release 方式編譯出來的 Utils 庫，編譯 Debug 版本的 UsingUtils 時，要使用 Debug 方式編譯出來的庫。
4. 歷史發(fā)展的角度講解運行時庫
4.1 從操作系統(tǒng)的角度出發(fā)
我們知道操作系統(tǒng)一般是用 C 寫的(因為那時還沒有 C++，C 已經(jīng)算是最高級的計算機語言了)，不管是 Linux/ Unix 還是 Windows 底層都是大量的 C 代碼。在開發(fā)操作系統(tǒng)及相應(yīng)的應(yīng)用程序時，很多的程序都會用到相同基礎(chǔ)功能的函數(shù)庫。為了方便開發(fā)就把經(jīng)常用到的底層的基礎(chǔ)函數(shù)封閉成庫(不然你每寫一個程序都要把這基礎(chǔ)功能實現(xiàn)的源代碼拷貝一份到自己的工程，或自己再實現(xiàn)一次)，于是就有了 C 運行時庫(C Runtime Library)，也就是靜態(tài)庫 libc.lib(Release 版)、libcd.lib(Debug 版)。
因為早期的操作系統(tǒng)和程序都相應(yīng)簡單，用戶的需求也不高，那時的操作系統(tǒng)還沒有多任務(wù)、多線程的概念。所以 libc.lib、libcd.lib 當然只能支持單線程的程序，而無法支持多線程的程序，因此這個運行時庫叫 Single-Threaded(/ML)的方式。
后來，隨著計算機的普及和發(fā)展，計算機要完成的任務(wù)越來越多，人們對時間和性能的要求也越來越高，為滿足這些需求，操作系統(tǒng)就有了多任務(wù)的概念，也有了多線程的技術(shù)。而之前的運行時庫 libc.lib、libcd.lib 只能用于單線程，已經(jīng)無法滿足很多程序的需要，于是多線程的運行時庫也就應(yīng)運而生，這就是 libcmt.lib、libcmtd.lib，也就是/MT、/MTd 的方式。
/MT、/MTd 解決了多線程的問題，但隨著程序的越來越復(fù)雜，一個程序可能會用到多個其他程序的庫，多個程序可能會用到相同的庫，在內(nèi)存中會保存多份的相同的靜態(tài)庫。假設(shè) A 程序使用了 C.lib，B 程序也使用了 C.lib，A、B 程序同時運行時，在內(nèi)存中就會同時存在兩份 C.lib。
靜態(tài)庫在內(nèi)存中的呈現(xiàn)方式
為了解決這個問題，就產(chǎn)生了動態(tài)庫的技術(shù)。于是就有了動態(tài)的運行時庫 Multi-threaded DLL(/MD)、Multi-threaded DLL Debug(/MDd)。多個程序使用同一個動態(tài)庫，在內(nèi)存中只會有一份，效果圖如下
4.2 從語言的角度
我們都知道，先有了 C 語言，后來才在 C 的基礎(chǔ)上發(fā)展出了 C++ 語言，而 C++ 又對 C 兼容，相當是 C 的一個超集。 一開始的運行時庫，只是 C 的運行時庫(C Runtime Library)，包含了對 C 標準函數(shù)的實現(xiàn)。后來隨著 C++的產(chǎn)生，又把 C++ 程序運行時要用的底層基礎(chǔ)庫加了進去，就有了 C/C++的運行時庫(C/C++ Runtime Library)，這時的運行時庫既包含了標準 C 函數(shù)的實現(xiàn)，也包含了 C++ STL 的實現(xiàn)。
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此文章源自于【https://wiki.jikexueyuan.com/project/visual-studio/13.html】
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的带你玩转 Visual Studio——带你跳出坑爹的 Runtime Library 坑的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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