可重入與不可重入函數(shù)的區(qū)別

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編輯整理：strongerHuang

一、什么是可重入函數(shù)與不可重入函數(shù)？

可重入和不可重入函數(shù)主要用于多任務環(huán)境中，一個可重入的函數(shù)簡單來說就是可以被中斷的函數(shù)，也就是說，可以在這個函數(shù)執(zhí)行的任何時刻中斷它，轉(zhuǎn)入OS調(diào)度下去執(zhí)行另外一段代碼，而返回控制時不會出現(xiàn)什么錯誤；

而不可重入的函數(shù)由于使用了一些系統(tǒng)資源，比如全局變量區(qū)，中斷向量表等，所以它如果被中斷的話，可能會出現(xiàn)問題，這類函數(shù)是不能運行在多任務環(huán)境下的。

也可以這樣理解，重入即表示重復進入，首先它意味著這個函數(shù)可以被中斷，其次意味著它除了使用自己棧上的變量以外不依賴于任何環(huán)境（包括static），這樣的函數(shù)就是purecode（純代碼）可重入，可以允許有該函數(shù)的多個副本在運行，由于它們使用的是分離的棧，所以不會互相干擾。

如果確實需要訪問全局變量（包括static），一定要注意實施互斥手段?？芍厝牒瘮?shù)在并行運行環(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。

二、不可重入函數(shù)的缺點

編寫可重入函數(shù)時，若使用全局變量，則應通過關中斷、信號量（即P、V操作）等手段對其加以保護。

說明：若對所使用的全局變量不加以保護，則此函數(shù)就不具有可重入性，即當多個進程調(diào)用此函數(shù)時，很有可能使有關全局變量變?yōu)椴豢芍獱顟B(tài)。

示例：假設Exam是int型全局變量，函數(shù)Squre_Exam返回Exam平方值。那么如下函數(shù)不具有可重入性。

   

    
unsignedint example(int para)
    
{
    
unsignedint temp;
    
Exam= para; // （**）
    
 temp = Square_Exam( );
    
return temp;
    
}
   

此函數(shù)若被多個進程調(diào)用的話，其結果可能是未知的，因為當（**）語句剛執(zhí)行完后，另外一個使用本函數(shù)的進程可能正好被激活，那么當新激活的進程執(zhí)行到此函數(shù)時，將使Exam賦與另一個不同的para值，所以當控制重新回到?temp=Square_Exam()后，計算出的temp很可能不是預想中的結果。此函數(shù)應如下改進:

   

    
unsignedint example(int para)
    
{
    
unsignedint temp;
    
[申請信號量操作] //(1)
    
Exam= para;
    
 temp = Square_Exam( );
    
[釋放信號量操作]
    
return temp;
    
}
   

若申請不到”信號量“，說明另外的進程正處于給Exam賦值并計算其平方過程中（即正在使用此信號）,本進程必須等待其釋放信號后，才可繼續(xù)執(zhí)行。若申請到信號，則可繼續(xù)執(zhí)行，但其它進程必須等待本進程釋放信號量后，才能再使用本信號。

三、保證函數(shù)的可重入性的方法

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），對于要使用的全局變量要加以保護（如采取關中斷、信號量等方法），這樣構成的函數(shù)就一定是一個可重入的函數(shù)。

在實時系統(tǒng)的設計中，經(jīng)常會出現(xiàn)多個任務調(diào)用同一個函數(shù)的情況。如果這個函數(shù)不幸被設計成為不可重入的函數(shù)的話，那么不同任務調(diào)用這個函數(shù)時可能修改其他 任務調(diào)用這個函數(shù)的數(shù)據(jù)，從而導致不可預料的后果。不可重入函數(shù)在實時系統(tǒng)設計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：

• 函數(shù)體內(nèi)使用了靜態(tài)的數(shù)據(jù)結構；

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

• 函數(shù)體內(nèi)調(diào)用了標準I/O函數(shù)。

下面舉例加以說明。

A. 可重入函數(shù)

   

    
void strcpy(char*lpszDest, char*lpszSrc)
    
{
    
while(*lpszDest++=*lpszSrc++);
    
*dest=0;
    
}
   

B. 不可重入函數(shù)1

   

    
charcTemp;//全局變量
    
voidSwapChar1(char*lpcX, char*lpcY)
    
{
    
 cTemp=*lpcX;
    
*lpcX=*lpcY;
    
 lpcY=cTemp;//訪問了全局變量
    
}
   

C. 不可重入函數(shù)2

   

    
voidSwapChar2(char*lpcX,char*lpcY)
    
{
    
staticchar cTemp;// 靜態(tài)局部變量
    
 cTemp = *lpcX;
    
*lpcX = *lpcY;
    
 lpcY = cTemp; // 使用了靜態(tài)局部變量
    
}
   

問題1：如何編寫可重入的函數(shù)？

答：在函數(shù)體內(nèi)不訪問那些全局變量，不使用靜態(tài)局部變量，堅持只使用局部變量，寫出的函數(shù)就將是可重入的。如果必須訪問全局變量，記住利用互斥信號量來保護全局變量。

問題2：如何將一個不可重入的函數(shù)改寫成可重入的函數(shù)？

答：把一個不可重入函數(shù)變成可重入的唯一方法是用可重入規(guī)則來重寫它。其實很簡單，只要遵守了幾條很容易理解的規(guī)則，那么寫出來的函數(shù)就是可重入的。

1) 不要使用全局變量。因為別的代碼很可能覆蓋這些變量值。

2) 在和硬件發(fā)生交互的時候，切記執(zhí)行類似disinterrupt()之類的操作，就是關閉硬件中斷。完成交互記得打開中斷，在有些系列上，這叫做“進入/退出核心”。

3) 不能調(diào)用其它任何不可重入的函數(shù)。

4) 謹慎使用堆棧。最好先在使用前先OSENTERKERNAL。

堆棧操作涉及內(nèi)存分配，稍不留神就會造成益出導致覆蓋其他任務的數(shù)據(jù)，所以，請謹慎使用堆棧！最好別用！很多黑客程序就利用了這一點以便系統(tǒng)執(zhí)行非法代碼從而輕松獲得系統(tǒng)控制權。還有一些規(guī)則，總之，時刻記住一句話：保證中斷是安全的！

實例問題：曾經(jīng)設計過如下一個函數(shù)，在代碼檢視的時候被提醒有bug，因為這個函數(shù)是不可重入的，為什么？

   

    
unsignedint sum_int( unsignedint base )
    
{
    
unsignedint index;
    
staticunsignedint sum = 0; // 注意，是static類型
    
for(index = 1; index <= base; index++)
    
 sum += index;
    
return sum;
    
}
   

分析：所謂的函數(shù)是可重入的（也可以說是可預測的），即只要輸入數(shù)據(jù)相同就應產(chǎn)生相同的輸出。這個函數(shù)之所以是不可預測的，就是因為函數(shù)中使用了 static 變量，因為 static 變量的特征，這樣的函數(shù)被稱為：帶“內(nèi)部存儲器”功能的的函數(shù)。因此如果需要一個可重入的函數(shù)，一定要避免函數(shù)中使用 static變量，這種函數(shù)中的static變量，使用原則是，能不用盡量不用。

將上面的函數(shù)修改為可重入的函數(shù)，只要將聲明sum變量中的static關鍵字去掉，變量sum即變?yōu)橐粋€auto類型的變量，函數(shù)即變?yōu)橐粋€可重入的函數(shù)。

當然，有些時候，在函數(shù)中是必須要使用static變量的，比如當某函數(shù)的返回值為指針類型時，則必須是static的局部變量的地址作為返回值，若為auto類型，則返回為錯指針。

這種情況出現(xiàn)在多任務系統(tǒng)當中，在任務執(zhí)行期間捕捉到信號并對其進行處理時，進程正在執(zhí)行的指令序列就被信號處理程序臨時中斷。如果從信號處理程序返回，則繼續(xù)執(zhí)行進程斷點處的正常指令序列，從重新恢復到斷點重新執(zhí)行的過程中，函數(shù)所依賴的環(huán)境沒有發(fā)生改變，就說這個函數(shù)是可重入的，反之就是不可重入的。

四、最后

眾所周知，在進程中斷期間，系統(tǒng)會保存和恢復進程的上下文，然而恢復的上下文僅限于返回地址，cpu寄存器等之類的少量上下文，而函數(shù)內(nèi)部使用的諸如全局或靜態(tài)變量，buffer等并不在保護之列， 所以如果這些值在函數(shù)被中斷期間發(fā)生了改變，那么當函數(shù)回到斷點繼續(xù)執(zhí)行時，其結果就不可預料了。

打個比方，比如malloc，將如一個進程此時正在執(zhí)行 malloc分配堆空間，此時程序捕捉到信號發(fā)生中斷，執(zhí)行信號處理程序中恰好也有一個malloc，這樣就會對進程的環(huán)境造成破壞，因為malloc通 常為它所分配的存儲區(qū)維護一個鏈接表，插入執(zhí)行信號處理函數(shù)時，進程可能正在對這張表進行操作，而信號處理函數(shù)的調(diào)用剛好覆蓋了進程的操作，造成錯誤。

滿足下面條件之一的多數(shù)是不可重入函數(shù)：

(1)使用了靜態(tài)數(shù)據(jù)結構;

(2)調(diào)用了malloc或free;

(3)調(diào)用了標準I/O函數(shù);標準io庫很多實現(xiàn)都以不可重入的方式使用全局數(shù)據(jù)結構。

(4)進行了浮點運算.許多的處理器/編譯器中，浮點一般都是不可重入的 (浮點運算大多使用協(xié)處理器或者軟件模擬來實現(xiàn)）。

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