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可重入函數(shù)和不可重入函數(shù)

系統(tǒng) 2214 0

轉(zhuǎn)自:http://www.cppblog.com/franksunny/archive/2007/08/03/29269.html%3Cfont

主要用于多任務(wù)環(huán)境中,一個(gè)可重入的函數(shù)簡(jiǎn)單來說就是可以被中斷的函數(shù),也就是說,可以在這個(gè)函數(shù)執(zhí)行的任何時(shí)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(shí)不會(huì)出現(xiàn)什么錯(cuò)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(huì)出現(xiàn)問題,這類函數(shù)是不能運(yùn)行在多任務(wù)環(huán)境下的。

也可以這樣理解,重入即表示重復(fù)進(jìn)入,首先它意味著這個(gè)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(gè)副本在運(yùn)行,由于它們使用的是分離的棧,所以不會(huì)互相干擾。如果確實(shí)需要訪問全局變量(包括static),一定要注意實(shí)施互斥手段。可重入函數(shù)在并行運(yùn)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(jià)。

編寫可重入函數(shù)時(shí),若使用全局變量,則應(yīng)通過關(guān)中斷、信號(hào)量(即P、V操作)等手段對(duì)其加以保護(hù)。

? 說明:若對(duì)所使用的全局變量不加以保護(hù),則此函數(shù)就不具有可重入性,即當(dāng)多個(gè)進(jìn)程調(diào)用此函數(shù)時(shí),很有可能使有關(guān)全局變量變?yōu)椴豢芍獱顟B(tài)。

示例:假設(shè)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。

unsigned int example( int para )

{

??? unsigned int temp;
??? ??? Exam = para; //?
(**)
??? ??? temp = Square_Exam( );
??? ??? return temp;
??? }
??? 此函數(shù)若被多個(gè)進(jìn)程調(diào)用的話,其結(jié)果可能是未知的,因?yàn)楫?dāng)(**)語句剛執(zhí)行完后,另外一個(gè)使用本函數(shù)的進(jìn)程可能正好被激活,那么當(dāng)新激活的進(jìn)程執(zhí)行到此函數(shù)時(shí),將使Exam賦與另一個(gè)不同的para值,所以當(dāng)控制重新回到“temp = Square_Exam( )”后,計(jì)算出的temp很可能不是預(yù)想中的結(jié)果。此函數(shù)應(yīng)如下改進(jìn)。

??? unsigned int example( int para ) {
??? ??? unsigned int temp;
??? ??? [申請(qǐng)信號(hào)量操作] //(1)
??? ??? Exam = para;
??? ??? temp = Square_Exam( );
??? ??? [釋放信號(hào)量操作]
??? ??? return temp;
??? }
??? (1)若申請(qǐng)不到“信號(hào)量”,說明另外的進(jìn)程正處于給Exam賦值并計(jì)算其平方過程中(即正在使用此信號(hào)),本進(jìn)程必須等待其釋放信號(hào)后,才可繼續(xù)執(zhí)行。若申請(qǐng)到信號(hào),則可繼續(xù)執(zhí)行,但其它進(jìn)程必須等待本進(jìn)程釋放信號(hào)量后,才能再使用本信號(hào)。

??? 保證函數(shù)的可重入性的方法:
??? 在寫函數(shù)時(shí)候盡量使用局部變量(例如寄存器、堆棧中的變量),對(duì)于要使用的全局變量要加以保護(hù)(如采取關(guān)中斷、信號(hào)量等方法),這樣構(gòu)成的函數(shù)就一定是一個(gè)可重入的函數(shù)。
??? VxWorks中采取的可重入的技術(shù)有:
??? * 動(dòng)態(tài)堆棧變量(各子函數(shù)有自己獨(dú)立的堆棧空間)
??? * 受保護(hù)的全局變量和靜態(tài)變量
??? * 任務(wù)變量


--------------------------------------------------
??? 在實(shí)時(shí)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。那么什么是可重入函數(shù)呢?所謂可重入函數(shù)是指一個(gè)可以被多個(gè)任務(wù)調(diào)用的過程,任務(wù)在調(diào)用時(shí)不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)是否會(huì)出錯(cuò)。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)。

??? 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
??? void SwapChar1(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
??? void SwapChar2(char *lpcX,char *lpcY)

?{
??? ??? static char 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(jiān)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(hào)量來保護(hù)全局變量。

??? 問題2,如何將一個(gè)不可重入的函數(shù)改寫成可重入的函數(shù)?
??? 答:把一個(gè)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(shí)很簡(jiǎn)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?yàn)閯e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(shí)候,切記執(zhí)行類似disinterrupt()之類的操作,就是關(guān)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(jìn)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(jǐn)慎使用堆棧。最好先在使用前先OS_ENTER_KERNAL。

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

??? 實(shí)例問題:曾經(jīng)設(shè)計(jì)過如下一個(gè)函數(shù),在代碼檢視的時(shí)候被提醒有bug,因?yàn)檫@個(gè)函數(shù)是不可重入的,為什么?
??? unsigned int sum_int( unsigned int base )

{
??? ??? unsigned int index;
??? ??? static unsigned int 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(yù)測(cè)的),即只要輸入數(shù)據(jù)相同就應(yīng)產(chǎn)生相同的輸出。這個(gè)函數(shù)之所以是不可預(yù)測(cè)的,就是因?yàn)楹瘮?shù)中使用了static變量,因?yàn)閟tatic變量的特征,這樣的函數(shù)被稱為:帶“內(nèi)部存儲(chǔ)器”功能的的函數(shù)。因此如果需要一個(gè)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(guān)鍵字去掉,變量sum即變?yōu)橐粋€(gè)auto類型的變量,函數(shù)即變?yōu)橐粋€(gè)可重入的函數(shù)。
??? 當(dāng)然,有些時(shí)候,在函數(shù)中是必須要使用static變量的,比如當(dāng)某函數(shù)的返回值為指針類型時(shí),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(cuò)指針。

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