使用 GCC 屬性在 C 語言中實現建構子/解構子機制

C 語言本身沒有類別與物件，但 GCC 提供函式屬性 __attribute__((constructor)) 與 __attribute__((destructor))，讓指定函式在 main() 執行前自動執行、在 main() 結束或呼叫 exit() 後自動執行，模擬 C++ 的建構子/解構子行為。

基本語法

// 宣告處標記
void begin(void) __attribute__((constructor));
void end(void) __attribute__((destructor));

// 或定義處標記
__attribute__((constructor)) void begin(void) { /* 初始化碼 */ }
__attribute__((destructor)) void end(void) { /* 清理碼 */ }

執行順序示範

#include <stdio.h>

void begin(void) __attribute__((constructor));
void end(void) __attribute__((destructor));

int main(void) {
    printf("Inside main()\n");
    return 0;
}

void begin(void) { printf("In begin()\n"); }
void end(void) { printf("In end()\n"); }

輸出：

In begin()
Inside main()
In end()

多重建構子/解構子與優先權

可指定優先權數值（整數），建構子優先權越小越早執行，解構子優先權越大越早執行（LIFO）。

void begin_0(void) __attribute__((constructor(101)));
void end_0(void) __attribute__((destructor(101)));
void begin_1(void) __attribute__((constructor(102)));
void end_1(void) __attribute__((destructor(102)));
void begin_2(void) __attribute__((constructor(103)));
void end_2(void) __attribute__((destructor(103)));

執行順序：

In begin_0()
In begin_1()
In begin_2()
Inside main()
In end_2()
In end_1()
In end_0()

注意：優先權 0~100 保留給實作內部使用，建議使用 101 以上數值避免警告。

運作原理

• 程式真正進入點是啟動程式碼（_start/crt0），而非 main。
• 啟動程式碼初始化執行環境，依優先權呼叫 .ctors 區段的建構子函式，再呼叫 main。
• main 返回後，啟動程式碼依優先權呼叫 .dtors 區段的解構子函式。
• exit() 同樣觸發解構子；_exit()/abort() 則不會。

實務應用場景

1. 全域資源自動初始化/清理：動態配置的全域連結串列頭、陣列、檔案描述符，在建構子配置，解構子釋放。
2. 函式庫自動初始化：將多個庫的初始化函式封裝為建構子，清理函式封裝為解構子，應用程式只需連結該檔案，無需手動呼叫初始化/清理 API。
3. 錯誤處理：建構子中發現嚴重錯誤可直接 exit()，解構子仍會執行清理。

可移植性警告

此機制僅限 GCC/Clang 支援，MSVC、其他編譯器不支援。跨平台專案建議以標準 C 方式（手動呼叫 init/cleanup 函式）實作，或以巨集條件編譯隔離 GCC 專屬代碼。