关于C/C++中主函数的声明及返回值问题

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前言

  在C/C++程序中有时会见到采用诸如void main()等方式来声明主函数，很多人在主函数返回值的问题上也略显随意。经过查阅多版本的C、C++标准文档与相关书籍，我将我的结论与认识总结于此。不可避免地，其中可能包含我错误的认识，欢迎大家指正。

main()函数的函数类型

关于main()的原型，C89/99/11以及C++98/03/11/14等标准给出的说法略有出入，尤其在早期标准中差异更为显著。然而，共同的，在任何一个版本的标准中，均未承认void main()这种声明方式。首先可以得出结论：void main()为错误写法，所有编译器都没有理由支持该种写法。

在K&R C与C89里，若函数没有显式声明返回类型，则默认是int，因此在早期C程序中经常出现这样的主函数：

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main()
{
    // 函数体
    return 0;
}

这种写法在早期标准中是被认可的，main()等价于int main()。但是，C99标准不再支持函数的int类型的默认设置，因此该写法被废止，新的编译器不再允许此类main函数。

在C99/11标准中，明确定义了对于标准的main函数的两个原型：

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

为了增强说服力，我在《C Primer Plus》（第六版）（该书以1999 ISO/ANSI作为标准）中找到了这样一段话：

  如果浏览老版本的C代码，您将发现程序常常以：main()这种形式开始。C90标准勉强允许这种形式，但是C99标准不允许。因此即使您当前的编译器允许，也不要这么做。
  您还将看到另一种形式：void main()
  有些编译器允许这种形式，但是还没有任何标准考虑接受它。因而，编译器不必接受这种形式，并且许多编译器也不这样做。再者说，如果坚持使用标准形式，那么当您把程序从一个编译器移到另一个编译器时也不会有问题。

main()函数的形式参数

此部分C与C++略有差异

  • C

int main()和int main(void)在C语言中是有区别的：

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int main() { /* ... */ }
// 不等价于
int main(void) { /* ... */ }

在C语言中参数列表为空(即不提供参数列表也不为void)，表示不提供参数数量和参数类型信息：

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#include <stdio.h>

void func()           // 参数列表为空不代表不接受参数
{
    print("Hello, world\n");
}
int main(void)
{
    func(1,2,3,4);    // 调用func()，并传递了参数
    return 0;
}

因此在C中，main函数的参数部分应该以以下两种方式描述：

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

不应该写：

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

  • C++

由于C和C++中对于函数参数列表的规则并不一致(C++中参数列表为空代表不接收任何参数)。所以C++中main的原型和ISO C也并不太一样。
在C++中，下面两种写法是完全等价的。

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int main() { /* ... */ }
// 等价于
int main(void) { /* ... */ }

以上两种形式均符合标准。

main()函数的返回值

上文指出，main()应以int类型定义，故需要返回一个int类型的返回值到操作系统。
在早期标准中，主函数中的return 0;是可以省略的，main()最后如果没有返回值，则会自动return 0;，但是记住，只有main函数是这样，其他函数不能省略return。
自C99/C++98以来，主函数的返回值为强制，若漏掉了返回语句，大多数编译器会给出警告，但仍将编译程序。

  • return 0;：一般用在主函数结束时，按照程序开发的一般惯例，表示成功完成本函数
  • return -1;：一般用在子函数结尾，按照程序开发的一般惯例，表示该函数失败

main()必须要有返回值的原因是：在C和C++中使用return-statement都是将return的值作为参数来调用exit/std::exit来终止程序。
此外，返回值对于某些操作系统（包括DOS和UNIX）而言，具有实际的用途。
以Windows为例，编译以下程序：

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/* test.c */
int main(void)
{
    return 0;
}

在命令提示符下运行命令test && dir，得到以下结果：

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D:\code>test && dir

 D:\code 的目录

2018/09/26  10:31    <DIR>          .
2018/09/26  10:31    <DIR>          ..
2018/09/26  10:29                35 test.c
2018/09/26  10:30            41,664 test.exe
               2 个文件         41,699 字节
               2 个目录 605,409,882,112 可用字节

D:\code>

test.exe正常结束后执行dir指令，输出了目录列表。
若将第4行返回值由0改为-1:

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return -1;

再次执行test && dir命令：

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D:\code>test && dir

D:\code>

test.exe将-1返回给了操作系统，即程序异常结束，因此windows没有继续执行dir打印目录列表。
总结一下，正常情况下main函数应以return 0;结束，不能随意更改返回值。

结语

综上所述，一般情况下，C/C++程序的主函数都应该以如下方法编写：

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int main(void)    // void在C++中可省，C不建议省
{
    // 函数体
    return 0;
}

即使其他不标准的声明方法也许不会影响程序的正常编译、运行，但为了程序的可移植性与易维护性，我们应该养成良好的编码习惯，利人利己。

参考文献
[1] Stephen Prata 编著，《C Primer Plus》，人民邮电出版社，2005年，§2.2 §9.2 §B.5.
[2] Andrew Koenig 编著，《C陷阱与缺陷》，人民邮电出版社，2008年，§2.1 §7.1.
[3] Stephen Prata 编著，《C++ Primer Plus》，人民邮电出版社，2012年，§2.1 §2.4.