關于可重入函數

1 前言

最近在公司維護的項目中碰到一個解決了定位很久的 bug , bug 找到的時候發現犯了很低級的錯誤——在中斷處理函數中調用了 printf 函數，因為中斷處理函數的調用了不可重入函數，導緻中斷丢失和系統位置錯誤，這裡直接導緻嵌入式 linux 系統應用程序中的所有線程停掉，進而導緻看門狗程序得不到喂狗，裝置重新開機。

那什麼是不可重入函數呢？

為什麼中斷處理函數不能直接調用不可重入函數？

怎樣寫可重入函數？

就以上三個問題展開小短文：

2 什麼是不可重入函數？

可重入函數主要用于多任務環境中，一個可重入的函數簡單來說就是可以被中斷的函數，也就是說，可以在這個函數執行的任何時刻中斷它，轉入 OS 排程下去執行另外一段代碼，而傳回控制時不會出現什麼錯誤；而不可重入的函數由于使用了一些系統資源，比如全局變量區，中斷向量表等，是以它如果被中斷的話，可能會出現問題，這類函數是不能運作在多任務環境下的。

滿足下列條件的函數多數是不可重入的：

函數體内使用了靜态（static）的資料結構；

函數體内調用了 malloc() 或者 free() 函數；

函數體内調用了标準 I/O 函數;

A. 可重入函數

void strcpy(char *lpszDest, char *lpszSrc) 
{
    while(*lpszDest++=*lpszSrc++);///< 使用的局部變量
    *dest=0;
}      

B. 不可重入函數1

char cTemp;    ///< 全局變量
void SwapChar1(char *lpcX, char *lpcY) 
{
    cTemp=*lpcX;
    *lpcX=*lpcY;
    lpcY=cTemp;   ///< 通路了全局變量
}      

C. 不可重入函數2

void SwapChar2(char *lpcX,char *lpcY)
{
    static char cTemp;  ///< 靜态局部變量
    cTemp=*lpcX;
    *lpcX=*lpcY;
    lpcY=cTemp;   ///< 使用了靜态局部變量
}      

3 為什麼中斷處理函數不能直接調用不可重入函數？

在多任務系統下，中斷可能在任務執行的任何時間發生；如果一個函數的執行期間被中斷後，到重新恢複到斷點進行執行的過程中，函數所依賴的環境沒有發生改變，那麼這個函數就是可重入的，否則就不可重入。

在中斷前後不都要儲存和恢複上下文嗎，怎麼會出現函數所依賴的環境發生改變了呢？我們知道中斷時确實儲存一些上下文，但是僅限于傳回位址，cpu 寄存器等之類的少量上下文，而函數内部使用的諸如全局或靜态變量，buffer 等并不在保護之列，是以如果這些值在函數被中斷期間發生了改變，那麼當函數回到斷點繼續執行時，其結果就不可預料了。

在中斷處理函數中調用有互斥鎖保護的全局變量，如果恰好該變量正在被另一個線程調用，會導緻中斷處理函數不能及時傳回，導緻中斷丢失等嚴重問題。

并且在多線程環境中使用，在沒有加鎖的情況下，對同一段記憶體塊進行并發讀寫，就會造成 segmentfault/coredump 之類的問題。

總而言之，中斷處理函數做的事情越簡單越好。

4 如何寫出可重入的函數？

在函數體内不通路那些全局變量；

如果必須通路全局變量，記住利用互斥信号量來保護全局變量。或者調用該函數前關中斷，調用後再開中斷；

不使用靜态局部變量；

堅持隻使用預設态（auto）局部變量；

在和硬體發生互動的時候，切記關閉硬體中斷。完成互動記得打開中斷，在有些系列上，這叫做“進入/退出核心”或者用 OS_ENTER_KERNAL/OS_EXIT_KERNAL 來描述；

不能調用任何不可重入的函數；

謹慎使用堆棧。最好先在使用前先 OS_ENTER_KERNAL；