C语言 | C++可重入函数

1 前言

最近在公司维护的项目中碰到一个解决了定位很久的 bug , bug 找到的时候发现犯了很低级的错误——在中断处理函数中调用了 printf 函数，因为中断处理函数的调用了不可重入函数，导致中断丢失和系统位置错误，这里直接导致嵌入式 linux 系统应用进程中的所有线程停掉，进而导致看门狗进程得不到喂狗，设备重启。

• 那什么是不可重入函数呢？
• 为什么中断处理函数不能直接调用不可重入函数？
• 怎样写可重入函数？

就以上三个问题展开小短文：

2 什么是不可重入函数？

可重入函数主要用于多任务环境中，一个可重入的函数简单来说就是可以被中断的函数，也就是说，可以在这个函数执行的任何时刻中断它，转入 OS 调度下去执行另外一段代码，而返回控制时不会出现什么错误；而不可重入的函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区，中断向量表等，所以它如果被中断的话，可能会出现问题，这类函数是不能运行在多任务环境下的。

满足下列条件的函数多数是不可重入的：

• 函数体内使用了静态（static）的数据结构；
• 函数体内调用了 malloc() 或者 free() 函数；
• 函数体内调用了标准 I/O 函数;

A. 可重入函数

void strcpy(char *lpszDest, char *lpszSrc) 
{
    while(*lpszDest++=*lpszSrc++);///< 使用的局部变量
    *dest=0;
}

B. 不可重入函数1

char cTemp;    ///< 全局变量
void SwapChar1(char *lpcX, char *lpcY) 
{
    cTemp=*lpcX;
    *lpcX=*lpcY;
    lpcY=cTemp;   ///< 访问了全局变量
}

C. 不可重入函数2

void SwapChar2(char *lpcX,char *lpcY)
{
    static char cTemp;  ///< 静态局部变量
    cTemp=*lpcX;
    *lpcX=*lpcY;
    lpcY=cTemp;   ///< 使用了静态局部变量
}

3 为什么中断处理函数不能直接调用不可重入函数？

在多任务系统下，中断可能在任务执行的任何时间发生；如果一个函数的执行期间被中断后，到重新恢复到断点进行执行的过程中，函数所依赖的环境没有发生改变，那么这个函数就是可重入的，否则就不可重入。

在中断前后不都要保存和恢复上下文吗，怎么会出现函数所依赖的环境发生改变了呢？我们知道中断时确实保存一些上下文，但是仅限于返回地址，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。

在中断处理函数中调用有互斥锁保护的全局变量，如果恰好该变量正在被另一个线程调用，会导致中断处理函数不能及时返回，导致中断丢失等严重问题。

并且在多线程环境中使用，在没有加锁的情况下，对同一段内存块进行并发读写，就会造成 segmentfault/coredump 之类的问题。

总而言之，中断处理函数做的事情越简单越好。

4 如何写出可重入的函数？

• 在函数体内不访问那些全局变量；
• 如果必须访问全局变量，记住利用互斥信号量来保护全局变量。或者调用该函数前关中断，调用后再开中断；
• 不使用静态局部变量；
• 坚持只使用缺省态（auto）局部变量；
• 在和硬件发生交互的时候，切记关闭硬件中断。完成交互记得打开中断，在有些系列上，这叫做“进入/退出核心”或者用 OS_ENTER_KERNAL/OS_EXIT_KERNAL 来描述；
• 不能调用任何不可重入的函数；
• 谨慎使用堆栈。最好先在使用前先 OS_ENTER_KERNAL；