Linux可重入函数与不可重入函数/-/关于函数返回值为指针类型的分析

主要用于多任务环境中，一个可重入的函数简单来说就是可以被中断的函数，也就是说，可以在这个函数执行的任何时刻中断它，转入调度下去执行另外一段代码，而返回控制时不会出现什么错误;而不可重入的函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量区，中断向量表等，所以它如果被中断的话，可能会出现问题，这类函数是不能运行在多任务环境下的。

　　也可以这样理解，重入即表示重复进入，首先它意味着这个函数可以被中断，其次意味着它除了使用自己栈上的变量以外不依赖于任何环境(包括 static)，这样的函数就是purecode(纯代码)可重入，可以允许有该函数的多个副本在运行，由于它们使用的是分离的栈，所以不会互相干扰。如果确实需要访问全局变量(包括static)，一定要注意实施互斥手段。可重入函数在并行运行环境中非常重要，但是一般要为访问全局变量付出一些性能代价。

　　编写可重入函数时，若使用全局变量，则应通过关中断、信号量(即P、V操作)等手段对其加以保护。

　　说明：若对所使用的全局变量不加以保护，则此函数就不具有可重入性，即当多个进程调用此函数时，很有可能使有关全局变量变为不可知状态。

　　示例：假设Exam是int型全局变量，函数Squre_Exam返回Exam平方值。那么如下函数不具有可重入性。

　　unsigned int example( int para )

　　{

　　unsigned int temp;

　　Exam = para; // (**)

　　temp = Square_Exam( );

　　return temp;

　　}

　　此函数若被多个进程调用的话，其结果可能是未知的，因为当(**)语句刚执行完后，另外一个使用本函数的进程可能正好被激活，那么当新激活的进程执行到此函数时，将使Exam赋与另一个不同的para值，所以当控制重新回到“temp = Square_Exam( )”后，计算出的temp很可能不是预想中的结果。此函数应如下改进。

　　unsigned int example( int para ) {

　　unsigned int temp;

　　[申请信号量操作] //(1)

　　Exam = para;

　　temp = Square_Exam( );

　　[释放信号量操作]

　　return temp;

　　}

　　(1)若申请不到“信号量”，说明另外的进程正处于给Exam赋值并计算其平方过程中(即正在使用此信号),本进程必须等待其释放信号后，才可继续执行。若申请到信号，则可继续执行，但其它进程必须等待本进程释放信号量后，才能再使用本信号。

　　保证函数的可重入性的方法：

　　在写函数时候尽量使用局部变量(例如寄存器、堆栈中的变量)，对于要使用的全局变量要加以保护(如采取关中断、信号量等方法)，这样构成的函数就一定是一个可重入的函数。

　　VxWorks中采取的可重入的技术有：

　　* 动态堆栈变量(各子函数有自己独立的堆栈空间)

　　* 受保护的全局变量和静态变量

　　* 任务变量

　　--------------------------------------------------

　　在实时系统的设计中，经常会出现多个任务调用同一个函数的情况。如果这个函数不幸被设计成为不可重入的函数的话，那么不同任务调用这个函数时可能修改其他任务调用这个函数的数据，从而导致不可预料的后果。那么什么是可重入函数呢？所谓可重入函数是指一个可以被多个任务调用的过程，任务在调用时不必担心数据是否会出错。不可重入函数在实时系统设计中被视为不安全函数。满足下列条件的函数多数是不可重入的：

　　1) 函数体内使用了静态的数据结构;

　　2) 函数体内调用了malloc()或者free()函数;

　　3) 函数体内调用了标准I/O函数。

　　下面举例加以说明。

　　A. 可重入函数

　　void strcpy(char *lpszDest, char *lpszSrc)

　　{

　　while(*lpszDest++=*lpszSrc++);

　　*dest=0;

　　}

　　B. 不可重入函数1

　　charcTemp;//全局变量

　　void SwapChar1(char *lpcX, char *lpcY)

　　{

　　cTemp=*lpcX;

　　*lpcX=*lpcY;

　　lpcY=cTemp;//访问了全局变量

　　}

　　C. 不可重入函数2

　　void SwapChar2(char *lpcX,char *lpcY)

　　{

　　static char cTemp;//静态局部变量

　　cTemp=*lpcX;

　　*lpcX=*lpcY;

　　lpcY=cTemp;//使用了静态局部变量

　　}

　　问题1，如何编写可重入的函数？

　　答：在函数体内不访问那些全局变量，不使用静态局部变量，坚持只使用局部变量，写出的函数就将是可重入的。如果必须访问全局变量，记住利用互斥信号量来保护全局变量。

　　问题2，如何将一个不可重入的函数改写成可重入的函数？

　　答：把一个不可重入函数变成可重入的唯一方法是用可重入规则来重写它。其实很简单，只要遵守了几条很容易理解的规则，那么写出来的函数就是可重入的。

　　1) 不要使用全局变量。因为别的代码很可能覆盖这些变量值。

　　2) 在和硬件发生交互的时候，切记执行类似disinterrupt()之类的操作，就是关闭硬件中断。完成交互记得打开中断，在有些系列上，这叫做“进入/退出核心”。

　　3) 不能调用其它任何不可重入的函数。

　　4) 谨慎使用堆栈。最好先在使用前先OS_ENTER_KERNAL。

　　堆栈操作涉及内存分配，稍不留神就会造成益出导致覆盖其他任务的数据，所以，请谨慎使用堆栈!最好别用!很多程序就利用了这一点以便系统执行非法代码从而轻松获得系统控制权。还有一些规则，总之，时刻记住一句话：保证中断是安全的!

　　实例问题：曾经设计过如下一个函数，在代码检视的时候被提醒有bug，因为这个函数是不可重入的，为什么？

　　unsigned int sum_int( unsigned int base )

　　{

　　unsigned int index;

　　static unsigned int sum = 0; // 注意，是static类型

　　for (index = 1; index <= base; index++)

　　sum += index;

　　return sum;

　　}

　　分析：所谓的函数是可重入的(也可以说是可预测的)，即只要输入数据相同就应产生相同的输出。这个函数之所以是不可预测的，就是因为函数中使用了static变量，因为static变量的特征，这样的函数被称为：带“内部器”功能的的函数。因此如果需要一个可重入的函数，一定要避免函数中使用static变量，这种函数中的static变量，使用原则是，能不用尽量不用。

　　将上面的函数修改为可重入的函数，只要将声明sum变量中的static关键字去掉，变量sum即变为一个auto类型的变量，函数即变为一个可重入的函数。

　　当然，有些时候，在函数中是必须要使用static变量的，比如当某函数的返回值为指针类型时，则必须是static的局部变量的地址作为返回值，若为auto类型，则返回为错指针。

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先看一个例子,这是初学者经常遇到的问题

char *GetString(void)
{
char p[] = "hello world";
return p; //编译器一般将提出警告信息

}
void main(void)
{
char *str = NULL;
str = GetString(); //str 的内容是垃圾，得不到想要的内容

count<< str <<end;
}

在函数GetString()中定义的变量p属于local（局部变量），当函数结束时自动消失，所以在返回时，根本就得不到P所指的内容。解决办法有以下几种：（可能还有很多方法，不过这里只是最常见的几中，也是最能体表现程序中内存使用的情况。）
（1）可以使用全局数组。使用全局变量时，在程序结束时才释放。
（2）在函数GetString()中使用new在堆上动态分配内存来建立数组。C语言中可以使用malloc()函数。不过不要忘记了，在使用完后要进行内存的释放，不然会造成内存的泄漏。分别用delete,free(),释放。使用delete时，会调用类的析构函数，而free则不会。

char *GetString()
{
char *p;
p = (char *)malloc(100);
return p;
}

void main()
{
char *str=NULL;

str=GetString();
strcpy(str,"Hello");
printf("%s", str);
free(str); //free memroy

}

（3）可以定义为静态类型，static char p[]="hello world"。用static 声明一个指针可以,但也不太好,

因为如果你多次调用这个函数返回多个指针,但这几个指针实际上指向同一块地址,改变任何一个的内容将改变所有指针的内容, 这样也不是很多情况所需要的。

char* GetString(void)
{
static char p[]="hello world";
return p; //p为静态创建，程序退出时才释放

}

（4）用String类型，用string 实现，是值拷贝!不存在释放内存会影响拷贝的问题。

string GetString(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test4(void)
{
string str;
str = GetString();
cout<< str.c_str() << endl;
}

（5）使用字符串常量，因为字符串常量存储再静态存储区域，所以一直都存在,p是临时变量,但过程结束并不会释放这个字符串常量.而p[]就不一样了，它是一个数组，数组里面存放了字符串，这个字符串没有放在字符串常量存储再静态存储区域，p是临时变量,跳出函数之后一般保留一步就释放了，数组的空间回收了，字符串没有了。

const char *GetString(void)
{
const char *p = "hello world";
return p;
}
char *GetString(void)
{
char *p = "hello world";
return p;
}
void GetString(char* p)
{
strcpy(p, "hello world");
}
void Test4(void)
{
char str[100];
GetString(str);
cout<< str << endl;
}

一般在函数中定义一个对象有两种方法：
1、在栈上建立局部变量。注意，在栈上时！栈用于函数是为了返回时找得到调用点（在调用时压入栈的）

，那么，返回时要POP才能得到。函数体中建立的任何东西都消失了（返回值除外），你返回的指针指向的内

容现在不知被用作什么用途了，如果你还要修改的话，那么后果不能确定。
2、在堆中分配。返回时不会摧毁，因为堆是全局存在的。但函数的调用者要记得delete回来的指针。