C语言函数重入

叁歲伎倆 2023-06-30 11:59 73阅读 0赞

C语言函数重入

*  可重入函数：可以被中断的函数，即这个函数执行时，可以中断其执行，可以由一个或多个任务并发使用，而不比担心数据错误。
 *  不可重入函数（不安全函数）

1.  不能运行在多任务环境下，除非能保证互斥（使用信号量/代码的关键部分禁用中断）
2.  是由于使用了未受保护的系统资源，如全局变量区，中断向量表等。

可重入函数：

1.  没有静态数据结构
2.  不返回指向静态数据的指针
3.  所有函数数据由函数的调用者提供
4.  使用auto变量，或通过全局变量的拷贝来保护全局变量
5.  若必须访问全局变量，则利用互斥信号保护
6.  不调用不可重入函数

不可重入函数有：

如果一个函数在重入条件下使用了未受保护的共享的资源，那么它是不可重入的。

1.  函数中使用了静态变量，无论是全局静态变量还是局部静态变量。 
2.  函数返回静态变量
3.  函数中调用了不可重入函数
4.  函数体内使用了静态的数据结构
5.  函数体内调用了malloc()或者free()函数
6.  函数体内调用了其他标准I/O函数
7.  函数是singleton中的成员函数，而且使用了不使用线程独立存储的成员变量

不可重入函数改写成可重入函数：

1、不使用全局变量

2、在和硬件发生交互时，可能会发生中断时，先关闭中断（有些系列叫做“进入/退出核心”或者用OS\_ENTER\_KERNAL/OS\_EXIT\_KERNAL来描述，这是临界区保护）

3、不调用不可重入函数

4、谨慎使用堆栈，最好在使用前OS\_ENTER\_KERNAL

中断是嵌入式系统中重要的组成部分，这导致了很多编译开发商提供一种扩展—让标准C支持中断。中断服务子程序ISR：

错误：

1、ISR没有返回值

如果它有返回值，返回给谁，某种中断源产生中断，系统使用ISR进行处理。ISR是链接在某一个中断源上的，而中断源的产生是随机的，所以ISR并没有一个固定的调用者，也没有固定的返回地址，所以返回值没有用。

2、ISR不能传递参数

3、在许多编译器/处理器中，浮点数是不可重入的。有些不允许在ISR中做浮点运算。

4、ISR应该短、有效率的，做浮点数不明智。

5、printf是不可重入函数。

解释：

1、浮点数：一般浮点运算都是由专门的硬件来完成，举个例子假设有个硬件寄存器名字叫做FLOAT，用来计算和存放浮点数的中间运算结果。  
假设有这么个函数

假如第一次执行，有个对浮点数操作运算的结果临时存在FLOAT寄存器中，而就在这时被中断了，而中断函数或者另一个进程也调用fun函数，这时第二次调用的fun函数在执行的过程中就会破坏第一次FLOAT寄存器中的结果，这样当返回到第一次fun函数的时候，结果就不正确了。

2、printf函数

引用全局变量stdout，这是标准输入输出流的一个对象

malloc --------全局内存分配表  
free    --------全局内存分配表

在unix里面通常都有加上\_r后缀的同名可重入函数版本

这种情况出现在多任务系统当中，在任务执行期间捕捉到信号并对其进行处理时，进程正在执行的指令序列就被信号处理程序临时中断。如果从信号处理程序返回，则继续执行进程断点处的正常指令序列，从重新恢复到断点重新执行的过程中，函数所依赖的环境没有发生改变，就说这个函数是可重入的，反之就是不可重入的。  
众所周知，在进程中断期间，系统会保存和恢复进程的上下文，然而恢复的上下文仅限于返回地址，cpu寄存器等之类的少量上下文，而函数内部使用的诸如全局或静态变量，buffer等并不在保护之列，所以如果这些值在函数被中断期间发生了改变，那么当函数回到断点继续执行时，其结果就不可预料了。打个比方，比如malloc，将如一个进程此时正在执行malloc分配堆空间，此时程序捕捉到信号发生中断，执行信号处理程序中恰好也有一个malloc，这样就会对进程的环境造成破坏，因为malloc通常为它所分配的存储区维护一个链接表，插入执行信号处理函数时，进程可能正在对这张表进行操作，而信号处理函数的调用刚好覆盖了进程的操作，造成错误。

满足下面条件之一的多数是不可重入函数：  
(1)使用了静态数据结构;  
(2)调用了malloc或free;  
(3)调用了标准I/O函数;标准io库很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构。  
(4)进行了浮点运算.许多的处理器/编译器中，浮点一般都是不可重入的 (浮点运算大多使用协处理器或者软件模拟来实现。

1) 信号处理程序A内外都调用了同一个不可重入函数B；B在执行期间被信号打断，进入A (A中调用了B),完事之后返回B被中断点继续执行，这时B函数的环境可能改变，其结果就不可预料了。  
2) 多线程共享进程内部的资源，如果两个线程A，B调用同一个不可重入函数F，A线程进入F后，线程调度，切换到B，B也执行了F，那么当再次切换到线程A时，其调用F的结果也是不可预料的。  
在信号处理程序中即使调用可重入函数也有问题要注意。作为一个通用的规则，当在信号处理程序中调用可重入函数时，应当在其前保存errno，并在其后恢复errno。(因为每个线程只有一个errno变量，信号处理函数可能会修改其值，要了解经常被捕捉到的信号是SIGCHLD，其信号处理程序通常要调用一种wait函数，而各种wait函数都能改变errno。)

可重入函数列表:

\_exit（）、 access（）、alarm（）、cfgetispeed（）、cfgetospeed（）、cfsetispeed（）、cfsetospeed （）、chdir（）、chmod（）、chown（）、close（）、creat（）、dup（）、dup2（）、execle（）、 execve（）、fcntl（）、fork（）、fpathconf （）、fstat（）、fsync（）、getegid（）、 geteuid（）、getgid（）、getgroups（）、getpgrp（）、getpid（）、getppid（）、getuid（）、 kill（）、link（）、lseek（）、mkdir（）、mkfifo（）、 open（）、pathconf（）、pause（）、pipe（）、raise（）、read（）、rename（）、rmdir（）、setgid （）、setpgid（）、setsid（）、setuid（）、 sigaction（）、sigaddset（）、sigdelset（）、sigemptyset（）、sigfillset（）、 sigismember（）、signal（）、sigpending（）、sigprocmask（）、sigsuspend（）、sleep（）、 stat（）、sysconf（）、tcdrain（）、tcflow（）、tcflush（）、tcgetattr（）、tcgetpgrp（）、 tcsendbreak（）、tcsetattr（）、tcsetpgrp（）、time（）、times（）、 umask（）、uname（）、unlink（）、utime（）、wait（）、waitpid（）、write（）。

书上关于信号处理程序中调用不可重入函数的例子:

\#include <stdlib.h>  
\#include <stdio.h>  
\#include <pwd.h>

static void func(int signo)  
\{  
    struct passwd \*rootptr;  
    if( ( rootptr = getpwnam( "root" ) ) == NULL )  
    \{  
        err\_sys( "getpwnam error" );  
    \}  
    signal(SIGALRM,func);  
    alarm(1);  
\}

int main(int argc, char\*\* argv)  
\{  
    signal(SIGALRM,func);  
    alarm(1);  
    for(;;)  
    \{  
        if( ( ptr = getpwnam("sar") ) == NULL )  
        \{  
            err\_sys( "getpwnam error" );  
        \}  
    \}  
    return 0;  
\}

signal了一个SIGALRM,而后设置一个定时器，在for函数运行期间的某个时刻，也许就是在getpwnam函数运行期间，相应信号发生中断，进入信号处理函数func，在运行func期间又收到alarm发出的信号，getpwnam可能再次中断，这样就很容易发生不可预料的问题。

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不可重入函数不可以在它还没有返回就再次被调用。例如printf，malloc，free等都是不可重入函数。因为中断可能在任何时候发生，例如在printf执行过程中，因此不能在中断处理函数里调用printf，否则printf将会被重入。   
  
函数不可重入大多数是因为在函数中引用了全局变量。例如，printf会引用全局变量stdout，malloc，free会引用全局的内存分配表。

个人理解：如果中断发生的时候,当运行到printf的时候，假设发生了中断嵌套，而此时stdout资源被占用，所以第二个中断printf等待第一个中断的stdout资源释放，第一个中断等待第二个中断返回，造成了死锁，不知这样理解对不对。

不可重入函数指的是该函数在被调用还没有结束以前，再次被调用可能会产生错误。可重入函数不存在这样的问题。  
不可重入函数在实现时候通常使用了全局的资源，在多线程的环境下，如果没有很好的处理数据保护和互斥访问，就会发生错误。  
常见的不可重入函数有：  
printf --------引用全局变量stdout  
malloc --------全局内存分配表  
free    --------全局内存分配表  
在unix里面通常都有加上\_r后缀的同名可重入函数版本。如果实在没有，不妨在可预见的发生错误的地方尝试加上保护锁同步机制等等。