一篇文章帶你了解C語(yǔ)言函數(shù)的可重入性

第一篇文章帶你了解C語(yǔ)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(xiě)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(guò)程中可能還會(huì)調(diào)用這個(gè)函數(shù)，于是原來(lái)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(gè)靜態(tài)變量就被改變了，導(dǎo)致錯(cuò)誤。這類(lèi)函數(shù)我們稱(chēng)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(huì)出現(xiàn)多個(gè)任務(wù)調(diào)用同一個(gè)函數(shù)的情況。如果這個(gè)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(gè)函數(shù)時(shí)可能修改其他任務(wù)調(diào)用這個(gè)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(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中被視為不安全函數(shù)。

滿(mǎn)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(gè)以上的任務(wù)調(diào)用，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)被破壞。可重入函數(shù)任何時(shí)候都可以被中斷，一段時(shí)間以后又可以運(yùn)行，而相應(yīng)的數(shù)據(jù)不會(huì)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(duì)全局變量予以保護(hù)。

若一個(gè)函數(shù)是可重入的，則該函數(shù)必須滿(mǎn)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(mǎn)足上面兩點(diǎn)要求

4、不能依賴(lài)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(lèi)的方法進(jìn)行內(nèi)存分配和釋放，如果使用，一般情況下會(huì)造成該函數(shù)的不可重入

三、如何寫(xiě)出可重入的函數(shù)

1、在寫(xiě)函數(shù)時(shí)候盡量使用局部變量（例如寄存器、堆棧中的變量）。不訪問(wèn)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(wèn)全局變量（包括static），一定要注意實(shí)施互斥手段?？芍厝牒瘮?shù)在并行運(yùn)行環(huán)境中非常重要，但是一般要為訪問(wèn)全局變量付出一些性能代價(jià)。編寫(xiě)可重入函數(shù)時(shí)，若使用全局變量，則應(yīng)通過(guò)關(guān)中斷、信號(hào)量（即P、V操作）等手段對(duì)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(gè)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?huì)影響函數(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(guò)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(guò)加入同步機(jī)制以保護(hù)共享的資源，使之不會(huì)被幾個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)。

線程安全與可重入性是兩個(gè)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(gè)線程的執(zhí)行時(shí)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(gè)執(zhí)行線程都會(huì)不時(shí)的獲得CPU的時(shí)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(gè)函數(shù)打開(kāi)某個(gè)文件并讀入數(shù)據(jù)。這個(gè)函數(shù)是可重入的，因?yàn)樗亩鄠€(gè)實(shí)例同時(shí)執(zhí)行不會(huì)造成沖突；但它不是線程安全的，因?yàn)樵谒x入文件時(shí)可能有別的線程正在修改該文件，為了線程安全必須對(duì)文件加“同步鎖”。

函數(shù)在它的函數(shù)體內(nèi)部訪問(wèn)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(gè)實(shí)例運(yùn)行到已經(jīng)執(zhí)行加鎖但未執(zhí)行解鎖時(shí)被停下來(lái)，系統(tǒng)又啟動(dòng)該函數(shù)的另外一個(gè)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(gè)中斷處理服務(wù)，在中斷處理時(shí)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(shí)發(fā)生的兩個(gè)不同的malloc調(diào)用可能返回相同的內(nèi)存塊。（第二個(gè)malloc調(diào)用應(yīng)該在獲取塊的地址之前發(fā)生，但塊沒(méi)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(huì)重新進(jìn)入。

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