可重入函数

可重入函数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OS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。

简介可重入函数也可以这样理解，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，可以允许有多个该函数的副本在运行，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。1

注意事项编写可重入函数时，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。

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，即当多个线程调用此函数时，很有可能使有关全局变量变为不可知状态。2

示例假设Exam是int型全局变量，函数Square_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;}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2

与线程安全的关系可重入与线程安全两个概念都关系到函数处理资源的方式。但是，他们有重大区别：

可重入概念会影响函数的外部接口，而线程安全只关心函数的实现。

大多数情况下，要将不可重入函数改为可重入的，需要修改函数接口，使得所有的数据都通过函数的调用者提供。

要将非线程安全的函数改为线程安全的，则只需要修改函数的实现部分。一般通过加入同步机制以保护共享的资源，使之不会被几个线程同时访问。

操作系统背景与CPU调度策略：

可重入是在单线程操作系统背景下，重入的函数或者子程序，按照后进先出的线性序依次执行完毕。

多线程执行的函数或子程序，各个线程的执行时机是由操作系统调度，不可预期的，但是该函数的每个执行线程都会不时的获得CPU的时间片，不断向前推进执行进度。

可重入函数未必是线程安全的；线程安全函数未必是可重入的。

例如，一个函数打开某个文件并读入数据。这个函数是可重入的，因为它的多个实例同时执行不会造成冲突；但它不是线程安全的，因为在它读入文件时可能有别的线程正在修改该文件，为了线程安全必须对文件加“同步锁”。

另一个例子，函数在它的函数体内部访问共享资源使用了加锁、解锁操作，所以它是线程安全的，但是却不可重入。因为若该函数一个实例运行到已经执行加锁但未执行解锁时被停下来，系统又启动该函数的另外一个实例，则新的实例在加锁处将转入等待。如果该函数是一个中断处理服务，在中断处理时又发生新的中断将导致资源死锁。fprintf函数就是线程安全但不可重入。1

不可重入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用到的数据，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函数(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。1

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

char cTemp;//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}本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所