【Linux】Linux 可重入函数

文章目录

- - Linux 可重入函数
  - - 1. 什么是可重入函数？
    - 2. 可重入函数的特点
    - 3. Linux 中的可重入函数示例
    - 4. 如何编写可重入函数？
    - 5. 注意事项

Linux 可重入函数

在编写并发或多线程程序时，理解可重入函数的概念非常重要。可重入函数（Reentrant Function）是指一个函数可以被多个线程或进程同时调用，而不会引发数据竞争或不一致的问题。本文将详细介绍可重入函数的定义、特点以及如何在 Linux 中编写和使用它们。

1. 什么是可重入函数？

简单来说，可重入函数是线程安全的函数。当函数正在执行时，如果它被其他线程或中断再次调用，它能够正确处理这种情况。具体来说，函数必须满足以下条件才能称为可重入：

不使用静态或全局变量，或仅使用局部变量。
不依赖非线程安全的库函数，如 malloc 或 strtok。
不修改输入参数。
如果函数需要访问共享资源，则必须使用同步机制（如锁或信号量）来避免竞态条件。

2. 可重入函数的特点

可重入函数通常具备以下特点：

不共享数据：所有数据都通过参数传递或局部变量进行管理，避免全局状态的改变。
栈上分配数据：所有变量都在栈上分配，函数每次调用都有独立的上下文，互不干扰。
不依赖外部状态：函数不会使用共享的 I/O 设备、全局状态或者全局资源。

3. Linux 中的可重入函数示例

在 Linux 中，许多系统调用和标准库函数并不是可重入的。例如，strtok 和 rand 不是可重入的，因为它们依赖于内部的静态数据。但是，也有一些标准函数是可重入的，或者它们有相应的可重入版本。以下是几个例子：

strtok vs. strtok_r：strtok 不是可重入的，因为它使用了静态变量，而 strtok_r 是线程安全的，它将状态存储在传入的参数中。
```
char *strtok_r(char *str, const char *delim, char **saveptr);
```
asctime vs. asctime_r：asctime 不是可重入的，而 asctime_r 是其可重入版本。
```
char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf);
```

gethostbyname vs. gethostbyname_r：类似地，gethostbyname 不是可重入的，而 gethostbyname_r 是可重入版本。

int gethostbyname_r(const char *name,struct hostent *ret,char *buf,size_t buflen,struct hostent **result,int *h_errnop);

4. 如何编写可重入函数？

编写可重入函数时，需要遵循一些重要原则：

避免使用全局变量：所有数据应该局限于函数内部或通过参数传递。
使用栈变量：所有临时变量都应该定义为局部变量，避免使用全局或静态数据。
避免使用不可重入的函数：如果必须使用不可重入的函数，尝试使用其可重入版本。例如，使用 strtok_r 代替 strtok。
使用锁机制：当需要访问共享资源时，使用互斥锁或信号量来保护临界区，确保并发访问时数据的安全性。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;// 一个简单的可重入函数示例
void print_message(const char* message) {pthread_mutex_lock(&lock);printf("%s\n", message);pthread_mutex_unlock(&lock);
}void* thread_function(void* arg) {print_message("Hello from thread");return NULL;
}int main() {pthread_t t1, t2;pthread_create(&t1, NULL, thread_function, NULL);pthread_create(&t2, NULL, thread_function, NULL);pthread_join(t1, NULL);pthread_join(t2, NULL);return 0;
}

在这个示例中，print_message 函数通过互斥锁保护了对 printf 的调用，确保它可以安全地被多个线程同时调用。

5. 注意事项

虽然可重入函数是编写并发程序时的重要工具，但并不是所有场景都需要使用它们。使用锁等同步机制会增加系统开销，因此在没有必要的场景下不应滥用可重入函数。此外，有些函数的设计初衷并不是为了多线程使用，在这种情况下，强行修改为可重入可能会增加复杂性。