一篇文章帶你了解C語言函數(shù)的可重入性

第一篇文章帶你了解C語言函數(shù)的可重入性目錄一、不可重入函數(shù)。二、可重入函數(shù)。三、如何寫出可重入的函數(shù)四、函數(shù)的可重入性和線程安全的關(guān)系五、malloc和printf為什么不可重入總結(jié)

一、不可重入函數(shù)。

在函數(shù)中如果我們使用靜態(tài)變量了，導(dǎo)致產(chǎn)生中斷調(diào)用別的函數(shù)的過程中可能還會調(diào)用這個函數(shù)，于是原來的靜態(tài)變量被在這里改變了，然后返回主體函數(shù)，用著的那個靜態(tài)變量就被改變了，導(dǎo)致錯誤。這類函數(shù)我們稱為不可重入函數(shù)。

在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會出現(xiàn)多個任務(wù)調(diào)用同一個函數(shù)的情況。如果這個函數(shù)不幸被設(shè)計(jì)成為不可重入的函數(shù)的話，那么不同任務(wù)調(diào)用這個函數(shù)時可能修改其他任務(wù)調(diào)用這個函數(shù)的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致不可預(yù)料的后果。

不可重入函數(shù)在實(shí)時系統(tǒng)設(shè)計(jì)中被視為不安全函數(shù)。

滿足下列條件的函數(shù)多數(shù)是不可重入的：

（1）函數(shù)體內(nèi)使用了靜態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

（2）函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了malloc()或者free()函數(shù)；

（3）函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)。

（4）函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了不可中斷的硬件寄存器，如串口收發(fā)寄存器

二、可重入函數(shù)。

可重入函數(shù)可以被一個以上的任務(wù)調(diào)用，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)被破壞?？芍厝牒瘮?shù)任何時候都可以被中斷，一段時間以后又可以運(yùn)行，而相應(yīng)的數(shù)據(jù)不會丟失。

可重入函數(shù)或者只使用局部變量，即保存在CPU寄存器中或堆棧中；或者使用全局變量，則要對全局變量予以保護(hù)。

若一個函數(shù)是可重入的，則該函數(shù)必須滿足一下必要條件：

1、不能含有靜態(tài)（全局）非常量數(shù)據(jù)。

2、不能返回靜態(tài)（全局）非常量數(shù)據(jù)的地址。

3、只能處理由調(diào)用者提供的數(shù)據(jù)。作為可重入函數(shù)的輸入?yún)?shù)，只能由調(diào)用者提供，而且所提供的輸入數(shù)據(jù)必須滿足上面兩點(diǎn)要求

4、不能依賴于單實(shí)例模式資源的鎖。

5、不能調(diào)用不可重入的函數(shù)。函數(shù)內(nèi)部，盡量不能用malloc和free之類的方法進(jìn)行內(nèi)存分配和釋放，如果使用，一般情況下會造成該函數(shù)的不可重入

三、如何寫出可重入的函數(shù)

1、在寫函數(shù)時候盡量使用局部變量（例如寄存器、堆棧中的變量）。不訪問那些全局變量，不使用靜態(tài)局部變量

2、如果確實(shí)需要訪問全局變量（包括static），一定要注意實(shí)施互斥手段。可重入函數(shù)在并行運(yùn)行環(huán)境中非常重要，但是一般要為訪問全局變量付出一些性能代價。編寫可重入函數(shù)時，若使用全局變量，則應(yīng)通過關(guān)中斷、信號量（即P、V操作）等手段對其加以保護(hù)。

四、函數(shù)的可重入性和線程安全的關(guān)系

可重入與線程安全兩個概念都關(guān)系到函數(shù)處理資源的方式。但是，他們有一定的區(qū)別?？芍厝敫拍顣绊懞瘮?shù)的外部接口，而線程安全只關(guān)心函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

大多數(shù)情況下，要將不可重入函數(shù)改為可重入的，需要修改函數(shù)接口，使得所有的數(shù)據(jù)都通過函數(shù)的調(diào)用者提供。要將非線程安全的函數(shù)改為線程安全的，則只需要修改函數(shù)的實(shí)現(xiàn)部分。一般通過加入同步機(jī)制以保護(hù)共享的資源，使之不會被幾個線程同時訪問。

線程安全與可重入性是兩個不同性質(zhì)的概念。

可重入是在單線程操作系統(tǒng)背景下，重入的函數(shù)或者子程序，按照后進(jìn)先出的線性序依次執(zhí)行完畢。多線程執(zhí)行的函數(shù)或子程序，各個線程的執(zhí)行時機(jī)是由操作系統(tǒng)調(diào)度，不可預(yù)期的，但是該函數(shù)的每個執(zhí)行線程都會不時的獲得CPU的時間片，不斷向前推進(jìn)執(zhí)行進(jìn)度。

可重入函數(shù)未必是線程安全的；線程安全函數(shù)未必是可重入的。例如，一個函數(shù)打開某個文件并讀入數(shù)據(jù)。這個函數(shù)是可重入的，因?yàn)樗亩鄠€實(shí)例同時執(zhí)行不會造成沖突；但它不是線程安全的，因?yàn)樵谒x入文件時可能有別的線程正在修改該文件，為了線程安全必須對文件加“同步鎖”。

函數(shù)在它的函數(shù)體內(nèi)部訪問共享資源使用了加鎖、解鎖操作，所以它是線程安全的，但是卻不可重入。因?yàn)槿粼摵瘮?shù)一個實(shí)例運(yùn)行到已經(jīng)執(zhí)行加鎖但未執(zhí)行解鎖時被停下來，系統(tǒng)又啟動該函數(shù)的另外一個實(shí)例，則新的實(shí)例在加鎖處將轉(zhuǎn)入等待。如果該函數(shù)是一個中斷處理服務(wù)，在中斷處理時又發(fā)生新的中斷將導(dǎo)致資源死鎖。

五、malloc和printf為什么不可重入

malloc和printf通常使用全局結(jié)構(gòu)，并在內(nèi)部使用基于鎖的同步。這就是為什么它們不可重入。

malloc函數(shù)可以是線程安全的，也可以是線程不安全的。兩者都不可重入：

malloc在全局堆上操作，同時發(fā)生的兩個不同的malloc調(diào)用可能返回相同的內(nèi)存塊。（第二個malloc調(diào)用應(yīng)該在獲取塊的地址之前發(fā)生，但塊沒有標(biāo)記為不可用）。這違反了malloc的后置條件，因此此實(shí)現(xiàn)不會重新進(jìn)入。

printf函數(shù)也對全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行操作。任何輸出流通常都使用一