上一篇我们讲了 Linux 信号捕捉的底层机制，其中有个关键约束：信号处理函数必须使用可重入函数 。如果在处理函数中调用printf()、malloc()等不可重入函数，可能导致数据错乱、内存泄漏甚至程序崩溃。本文将从定义、原理到实操，帮你彻底搞懂可重入函数，避开信号处理的 "致命陷阱"
一、什么是可重入函数？核心定义与形象类比
1. 官方定义
可重入函数（Reentrant Function）指：函数在执行过程中被异步打断（如信号、中断、多线程调度），再次调用（重入）后，原执行流程和新执行流程都能正确完成，结果不受打断影响
2. 形象类比
- 可重入函数：像自动售货机 ------ 你投币买水到一半被人打断去买零食，回来继续投币，售货机仍能正确给你水（逻辑独立，不依赖 "半完成" 状态）
- 不可重入函数：像手工记账本 ------ 你记到一半（写了 "收入 100" 但没写 "元"）被打断去记另一笔账，回来忘了之前的进度，账本直接混乱（依赖全局状态，操作非原子）
3. 与线程安全的区别
很多人会混淆 "可重入" 与 "线程安全"，但二者是完全不同的概念：
| 对比维度 | 可重入函数 | 线程安全函数 |
|---|---|---|
| 核心场景 | 单线程中被异步打断后重入 | 多线程并发调用 |
| 依赖资源 | 仅使用局部变量 / 函数参数（私有） | 可能使用共享资源（需同步机制） |
| 实现方式 | 无状态设计，不依赖全局资源 | 可能通过锁、原子操作保护共享资源 |
| 关系逻辑 | 可重入未必线程安全，线程安全未必可重入 | ------ |
示例：fprintf()是线程安全的（内部有锁保护），但不可重入 ------ 若信号处理函数打断主程序的fprintf()，再调用fprintf()会导致全局输出缓冲区错乱
二、不可重入函数的 "致命陷阱"：为什么不能在信号处理中使用？
不可重入函数的核心问题是 "依赖非私有资源"（全局变量、静态变量、共享内存等）或 "执行非原子操作"。在信号处理场景中，这种依赖会被无限放大，因为信号的触发时机完全不可预测
典型案例：strtok () 函数的重入灾难
strtok()是 C 标准库中的字符串分割函数，其不可重入的根源是使用静态变量保存 "上次分割的位置"：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
void handle_sigint(int signum) {
char str[] = "x,y,z";
// 信号处理函数中调用strtok()，覆盖静态变量
char *p = strtok(str, ",");
printf("信号处理中分割结果：%s\n", p);
}
int main() {
signal(SIGINT, handle_sigint);
char str[] = "a,b,c,d";
// 主程序第一次分割，静态变量保存"b,c,d"的起始地址
char *p = strtok(str, ",");
printf("主程序第一次分割结果：%s\n", p);
printf("按Ctrl+C触发信号...\n");
pause(); // 等待信号
// 主程序继续分割，静态变量已被信号处理函数修改
p = strtok(NULL, ",");
printf("主程序第二次分割结果：%s\n", p); // 预期输出"b"，实际输出"y"
return 0;
}运行结果 ：主程序第二次分割的结果完全错误，因为strtok()的静态变量被信号处理函数覆盖 ------ 这就是不可重入函数在信号处理中的典型灾难
不可重入函数的常见特征
只要满足以下任一条件，大概率是不可重入函数：
- 使用全局变量、静态变量或静态缓冲区（如
strtok()、asctime()） - 调用动态内存分配 / 释放函数（
malloc()、free()，操作全局内存池） - 操作共享资源（如文件、硬件寄存器，无同步机制）
- 调用其他不可重入函数（如
printf()调用malloc()，间接依赖全局资源）
三、常见可重入 / 不可重入函数清单（开发必备）
1. 安全可用：可重入函数（信号处理中放心用）
这类函数仅依赖参数和局部变量，无全局状态，操作原子：
- 内存操作：
memcpy()、memset()、strcpy()、strcmp()（仅操作传入参数） - 系统调用：
write()、read()、_exit()、close()（内核级原子操作，不依赖用户态全局资源） - 基础运算：
abs()、sqrt()、atoi()（仅处理参数，无副作用） - 可重入变体：
strtok_r()（strtok()的可重入版）、localtime_r()（localtime()的可重入版）
2. 绝对禁用：不可重入函数（信号处理中严禁使用）
这类函数依赖全局 / 静态资源，或有分步操作，易导致错乱：
- 标准 IO：
printf()、fprintf()、puts()、scanf()（依赖全局输出缓冲区） - 内存管理：
malloc()、free()、calloc()、realloc()（操作全局内存池链表） - 字符串处理：
strtok()、asctime()、ctime()（使用静态变量 / 缓冲区） - 其他：
rand()（静态随机数种子）、getenv()（全局环境变量表）、sleep()（修改全局定时器状态）
四、如何编写安全的可重入函数？5 个核心原则
编写可重入函数的核心是 "无状态化" 和 "数据隔离"，具体遵循以下原则
- 禁用全局 / 静态变量：所有数据通过参数传入（传值而非传指针共享），或使用函数内局部变量（栈上分配，每个调用有独立栈帧）
- 避免动态内存操作 ：若需内存分配，改用栈上缓冲区或内存池（提前分配固定大小内存），不调用
malloc()/free() - 仅调用可重入函数：函数内部依赖的所有函数必须是可重入的，形成 "安全调用链"
- 原子操作处理共享资源 ：若必须操作共享资源（如全局标志位），使用
volatile sig_atomic_t类型（保证读写原子性），或通过信号屏蔽避免并发访问 - 拒绝递归依赖：避免函数递归调用自身（除非能保证栈空间充足，且无共享状态）
实操示例：将不可重入函数改为可重入
以 "统计字符串长度" 为例，对比不可重入与可重入实现：
// 不可重入版本：使用静态变量保存结果
static int g_len = 0;
int unsafe_strlen(const char *str) {
g_len = 0;
while (str[g_len] != '\0') {
g_len++;
}
return g_len;
}
// 可重入版本：使用局部变量，无全局依赖
int safe_strlen(const char *str) {
int len = 0;
while (str[len] != '\0') {
len++;
}
return len;
}五、信号处理函数的安全编写规范
结合可重入原则，信号处理函数需满足以下规范，避免踩坑：
- 仅执行必要逻辑：优先设置全局标志位（
volatile sig_atomic_t类型），复杂逻辑交给主程序处理 - 严格使用可重入函数：仅调用
write()、memcpy()等安全函数，禁用printf()、malloc() - 控制函数长度：处理函数应短小精悍，避免长时间阻塞（如循环等待）
- 保护共享资源：若需修改全局变量，使用
volatile sig_atomic_t保证原子性，或在处理前屏蔽相关信号
规范示例：安全的信号处理函数
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
// 全局标志位：使用volatile sig_atomic_t保证原子读写
volatile sig_atomic_t g_quit = 0;
// 信号处理函数：仅设置标志位，无复杂操作
void handle_sigterm(int signum) {
g_quit = 1;
// 安全调用可重入函数write()
const char *msg = "收到SIGTERM信号，准备退出...\n";
write(STDOUT_FILENO, msg, strlen(msg));
}
int main() {
struct sigaction act;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_handler = handle_sigterm;
act.sa_flags = 0;
sigaction(SIGTERM, &act, NULL);
printf("进程运行中，PID：%d，等待SIGTERM信号（kill PID）...\n", getpid());
while (!g_quit) {
sleep(1); // 主程序循环，检测标志位
}
// 主程序处理退出逻辑（释放资源等）
printf("开始释放资源，优雅退出...\n");
return 0;
}可重入函数是 Linux 信号处理的 "安全底线"，其核心设计思想是 "不依赖外部状态，仅靠输入参数保证逻辑正确"。记住三个关键要点：信号处理函数必须用可重入函数，禁用printf()/malloc()等危险函数，通过volatile sig_atomic_t处理全局标志位，就可以啦>w<