学懂C++ （二十）：高级教程——通过C++信号处理实例解析学懂信号处理机制

先来看一个C++信号处理的实例，并针对实例进行逐步解析，通过实例更容易理解C++信号处理机制。

示例：

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>
 
using namespace std;
 
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
 
    // 清理并关闭
    // 终止程序 
 
   exit(signum);  
 
}
 
int main ()
{
    int i = 0;
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  
 
    while(++i){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       if( i == 3 ){
          raise( SIGINT);
       }
       sleep(1);
    }
 
    return 0;
} 

一、代码解析

1、C++信号处理库应用

信号是由操作系统传给进程的中断，会提早终止一个程序。在 UNIX、LINUX、Mac OS X 或 Windows 系统上，可以通过按 Ctrl+C 产生中断。

有些信号不能被程序捕获，但是下表所列信号可以在程序中捕获，并可以基于信号采取适当的动作。这些信号是定义在 C++ 头文件 <csignal> 中。

信号	描述
SIGABRT	程序的异常终止，如调用 abort。
SIGFPE	错误的算术运算，比如除以零或导致溢出的操作。
SIGILL	检测非法指令。
SIGINT	程序终止(interrupt)信号。
SIGSEGV	非法访问内存。
SIGTERM	发送到程序的终止请求。

上面示例主要用了C++信号处理库的signal 函数和raise函数，下面对这两个函数进行介绍。

signal() 函数

C++ 信号处理库提供了 signal 函数，用来捕获突发事件。以下是 signal() 函数的语法：

void (*signal (int sig, void (*func)(int)))(int); 

这个看起来有点费劲，以下语法格式更容易理解：

signal(registered signal, signal handler)

这个函数接收两个参数：第一个参数是要设置的信号的标识符，第二个参数是指向信号处理函数的指针。函数返回值是一个指向先前信号处理函数的指针。如果先前没有设置信号处理函数，则返回值为 SIG_DFL。如果先前设置的信号处理函数为 SIG_IGN，则返回值为 SIG_IGN。

raise() 函数

您可以使用函数 raise() 生成信号，该函数带有一个整数信号编号作为参数，语法如下：

int raise (signal sig);

在这里，sig 是要发送的信号的编号，这些信号包括：SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV、SIGTERM、SIGHUP。

2、信号处理函数：

void signalHandler(int signum) {
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
    exit(signum);  
}

• 该函数用于处理接收到的信号。参数signum表示接收到的信号编号。

3、主函数：

int main() {
    int i = 0;
    signal(SIGINT, signalHandler);  
    while(++i) {
        cout << "Going to sleep...." << endl;
        if(i == 3) {
            raise(SIGINT);
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

• 信号注册 ：使用signal(SIGINT, signalHandler)将SIGINT信号与signalHandler函数关联。
• 循环 ：while(++i)是一个无限循环，每次循环输出"Going to sleep...."。
• 发送信号 ：当i等于3时，使用raise(SIGINT)主动发送SIGINT信号给自身，模拟用户按Ctrl+C的效果。
• 休眠 ：sleep(1)使程序暂停1秒，以便观察输出。

二、深度分析

1. signalHandler函数的signum参数是如何传入的？

当进程接收到信号时，操作系统执行以下步骤：

• 生成信号 ：信号可以由用户（例如，按Ctrl+C）或程序自身（通过raise()函数）生成。在这个例子中，信号是通过raise(SIGINT)主动发送的。
• 调用信号处理函数 ：操作系统检测到信号被发送后，会检查该信号是否有注册的处理函数。在本例中，我们通过 signal(SIGINT, signalHandler) 注册了信号处理函数。
• 传递参数 ：当信号处理函数被调用时，操作系统将信号的编号作为参数传递给该函数。在本例中，当SIGINT信号被接收到时，操作系统将2（SIGINT的编号）作为参数传入signalHandler函数，因此在函数内部，signum的值等于2。

2. signum的值为什么输出是2？

在Unix/Linux系统中，每个信号都有一个固定的编号，SIGINT信号的编号是2。这一编号是由操作系统定义的，符合POSIX标准。

在上面的示例中，当程序接收到SIGINT信号时，操作系统会将信号编号（即2）作为参数传递给信号处理函数signalHandler。因此，在signalHandler函数内，signum的值为2。

• SIGINT的编号 ：在大多数Unix/Linux系统中，信号SIGINT被定义为编号2。这是一个约定，确保程序员在处理信号时能够理解和使用这些编号。

• 查看信号编号 ：可以使用kill -l命令查看所有信号及其编号。在终端中执行该命令，输出将显示SIGINT的编号为2。

• 以下是一些常见信号及其对应的信号编号（在Unix/Linux系统上）：

• SIGHUP (1): 终端挂起

• SIGINT (2): 中断信号，通常由用户通过Ctrl+C触发

• SIGQUIT (3): 退出信号，通常由用户通过Ctrl+\触发

• SIGILL (4): 非法指令

• SIGABRT (6): 中止信号

• SIGFPE (8): 浮点异常

• SIGKILL (9): 强制终止信号

• SIGSEGV (11): 段错误

• SIGTERM (15): 终止信号

三、代码执行流程总结

1. 程序开始执行 ：主函数进入循环，初始化i为0。
2. 信号注册 ：调用 signal(SIGINT, signalHandler) 注册信号处理函数。
3. 循环输出 ：每次循环增加i并输出"Going to sleep...."。
4. 主动发送信号 ：当i等于3时，调用raise(SIGINT)，主动发送SIGINT信号。
5. 信号处理 ：
   • 操作系统接收到SIGINT信号，调用注册的signalHandler函数，并将signum参数设置为2。
   • 在signalHandler中，输出"Interrupt signal (2) received."并结束程序。

通过这种方式，程序优雅地响应了外部信号，并在适当时机清理和退出