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(wù)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(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。可重入函數(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(yīng)通過關(guān)中斷、信號量(即P、V操作)等手段對其加以保護(hù)。

說明：若對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)多個進(jìn)程調(diào)用此函數(shù)時，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。

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

此函數(shù)若被多個進(jìn)程調(diào)用的話，其結(jié)果可能是未知的，因為當(dāng)(**)語句剛執(zhí)行完后，另外一個使用本函數(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，將使Exam賦與另一個不同的para值，所以當(dāng)控制重新回到 temp=Square_Exam()后，計算出的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)：

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(jìn)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(jìn)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(jìn)程必須等待本進(jìn)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(hù)(如采取關(guān)中斷、信號量等方法)，這樣構(gòu)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(shè)計中，經(jīng)常會出現(xiàn)多個任務(wù)調(diào)用同一個函數(shù)的情況。如果這個函數(shù)不幸被設(shè)計成為不可重入的函數(shù)的話，那么不同任務(wù)調(diào)用這個函數(shù)時可能修改其他 任務(wù)調(diào)用這個函數(shù)的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致不可預(yù)料的后果。不可重入函數(shù)在實時系統(tǒng)設(shè)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(jié)構(gòu);
• 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(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 
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(hù)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。

• 不要使用全局變量。因為別的代碼很可能覆蓋這些變量值。
• 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(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”。
• 不能調(diào)用其它任何不可重入的函數(shù)。
• 謹(jǐn)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(dǎo)致覆蓋其他任務(wù)的數(shù)據(jù)，所以，請謹(jǐn)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(quán)。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(shè)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(yù)測的)，即只要輸入數(shù)據(jù)相同就應(yīng)產(chǎn)生相同的輸出。這個函數(shù)之所以是不可預(yù)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(guān)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(dāng)然，有些時候，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，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(wù)系統(tǒng)當(dāng)中，在任務(wù)執(zhí)行期間捕捉到信號并對其進(jìn)行處理時，進(jìn)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(jìn)程斷點處的正常指令序列，從重新恢復(fù)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(jìn)程中斷期間，系統(tǒng)會保存和恢復(fù)進(jìn)程的上下文，然而恢復(fù)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(hù)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(dāng)函數(shù)回到斷點繼續(xù)執(zhí)行時，其結(jié)果就不可預(yù)料了。

打個比方，比如malloc，將如一個進(jìn)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(jìn)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(hù)一個鏈接表，插入執(zhí)行信號處理函數(shù)時，進(jìn)程可能正在對這張表進(jìn)行操作，而信號處理函數(shù)的調(diào)用剛好覆蓋了進(jìn)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)：

• 使用了靜態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);
• 調(diào)用了malloc或free;
• 調(diào)用了標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù);標(biāo)準(zhǔn)io庫很多實現(xiàn)都以不可重入的方式使用全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
• 進(jìn)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))。