可重入函數(shù)與不可重入函數(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(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(yùn)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(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。

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。

unsigned int example( int para )

{

    unsigned int 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)。

    unsigned int example( int para ) {
        unsigned int temp;
        [申請信號量操作] //(1)
        Exam = para;
        temp = Square_Exam( );
        [釋放信號量操作]
        return temp;
    }
    (1)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。

    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)。
    VxWorks中采取的可重入的技術(shù)有：
    * 動態(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


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    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。那么什么是可重入函數(shù)呢？所謂可重入函數(shù)是指一個可以被多個任務(wù)調(diào)用的過程，任務(wù)在調(diào)用時不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)是否會出錯。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：
    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。
    1) 不要使用全局變量。因為別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(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？
    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。