Mdr-C-Tutorial

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<signal.h> ​

<signal.h> 提供了“信号” (Signal) 机制，用于在程序运行期间接收异步通知。信号既可能来自外部（例如用户按下 Ctrl+C 触发 SIGINT），也可能由程序自身触发（例如调用 raise）。

在标准 C 的范围内，信号主要用于：

  1. 处理终止请求：例如收到 SIGINT 或 SIGTERM 时做收尾并退出。
  2. 理解异常终止路径：例如 abort 往往会触发 SIGABRT。

不要把信号当作异常机制

试图通过捕获 SIGSEGV 等信号来“恢复并继续执行”，在大多数情况下都不可靠，且很容易引入未定义行为。

1. 核心接口 ​

1.1 signal ​

c
#include <signal.h>

void (*signal(int sig, void (*handler)(int)))(int);
  • sig 是信号编号（如 SIGINT）。
  • handler 有三种常见取值：
    1. SIG_DFL：默认处理。
    2. SIG_IGN：忽略该信号。
    3. 用户自定义函数：void handler(int sig);。

如果注册失败，signal 会返回 SIG_ERR。

1.2 raise ​

c
#include <signal.h>

int raise(int sig);

raise(sig) 用于向当前进程发送一个信号 sig。

2. 标准 C 常见信号 ​

标准 C 规定了若干宏（实现也可以提供更多）：

  • SIGABRT：异常终止（通常来自 abort）。
  • SIGFPE：算术错误（如除以 0、溢出等，具体由实现决定）。
  • SIGILL：非法指令。
  • SIGINT：交互式中断（通常是 Ctrl+C）。
  • SIGSEGV：非法内存访问。
  • SIGTERM：终止请求。

3. 信号处理函数应该做什么 ​

信号处理函数运行在“异步打断”的上下文里，能安全做的事情很少。一个可移植且稳妥的策略是：

  1. 定义一个 volatile sig_atomic_t 变量作为标志位。
  2. 在处理函数里只设置该标志位。
  3. 在主循环中轮询该标志位并执行真正的清理工作。

其中 sig_atomic_t 表示可以被原子访问的整型类型（至少在信号处理场景下是安全的）。

为什么不用 printf

在信号处理函数里做 I/O、内存分配、加锁等操作，容易造成死锁或状态破坏。即便某些平台“看起来能用”，也不具备可移植性。

4. 示例：收到 Ctrl+C 后优雅退出 ​

c
#include <signal.h>
#include <stdio.h>

static volatile sig_atomic_t g_stop = 0;

static void on_sigint(int sig) {
    (void)sig;
    g_stop = 1;
}

int main(void) {
    if (signal(SIGINT, on_sigint) == SIG_ERR) {
        puts("failed to register signal handler");
        return 1;
    }

    puts("press Ctrl+C to stop...");
    while (!g_stop) {
        /* busy loop for demo */
    }

    puts("stopped");
    return 0;
}

关于 signal 的语义

历史上不同系统对 signal 的语义不完全一致（例如处理函数是否会在触发后自动恢复为默认处理）。如果你需要更可靠、可控的信号语义，通常应使用 POSIX 的 sigaction（见项目模块的 POSIX 章节）。

5. 习题 ​

  1. 修改示例程序，使其在退出前打印一个统计信息（例如循环次数）；要求：统计信息的打印必须发生在主循环退出后，而不是信号处理函数中。
  2. 编写程序：注册 SIGTERM 的处理函数；当收到 SIGTERM 时设置标志位并退出。
  3. 编写程序：调用 raise(SIGABRT);，观察程序行为；再尝试先将 SIGABRT 设为 SIG_IGN，比较差异。