面试题：C语言中信号处理函数的设计与实现细节

1. 编写可靠的信号处理函数

在Linux C编程中，处理SIGINT信号可按以下步骤进行：

定义信号处理函数：
```
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

volatile sig_atomic_t sigint_received = 0;

void sigint_handler(int signum) {
    sigint_received = 1;
}
```
这里定义了一个全局变量sigint_received，用于标记SIGINT信号是否被接收。volatile sig_atomic_t类型用于确保对该变量的访问是原子操作，避免竞态条件。

注册信号处理函数：

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = sigint_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;

    if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction");
        return 1;
    }

    while (!sigint_received) {
        // 主程序执行正常任务
        printf("Working...\n");
        sleep(1);
    }
    printf("Received SIGINT, cleaning up and exiting...\n");
    // 执行清理操作
    return 0;
}

使用sigaction函数注册信号处理函数，sigemptyset用于清空信号掩码，sa_flags设置为0表示默认行为。

2. 防止竞态条件

使用volatile sig_atomic_t类型：如上述代码中对sigint_received变量的定义。volatile关键字告诉编译器该变量的值可能会在程序控制之外被改变，防止编译器对其进行过度优化。sig_atomic_t类型保证对该变量的读写操作是原子的，即在多线程或信号处理环境下不会出现数据竞争。

3. 信号处理函数中不能调用的函数类型及原因

不可重入函数：
- 原因：不可重入函数在被信号处理函数调用时，可能会导致数据不一致。例如，函数内部使用了静态变量，当信号处理函数中断主程序执行并调用该函数时，静态变量的状态可能会被破坏，因为主程序和信号处理函数共享这些静态变量。像printf函数就是不可重入的，因为它内部使用了静态缓冲区。
- 示例：asctime函数，它返回一个指向静态缓冲区的指针。如果在信号处理函数和主程序中同时调用asctime，可能会导致缓冲区数据冲突。
标准I/O函数：
- 原因：标准I/O函数通常是基于缓冲区的，信号处理函数调用这些函数可能会破坏缓冲区的状态。例如，fprintf函数在向缓冲区写入数据时，如果被信号处理函数中断并再次调用fprintf，可能会导致缓冲区混乱，数据输出错误。
- 示例：fprintf、fgets等函数都不适合在信号处理函数中调用。
malloc和free函数：
- 原因：malloc和free函数维护着堆内存的状态，信号处理函数调用它们可能会导致堆内存管理结构的不一致。例如，malloc在分配内存时，可能正在修改堆内存的元数据，如果此时信号处理函数中断并调用malloc或free，可能会破坏堆内存的一致性，导致程序崩溃。
- 示例：在信号处理函数中调用malloc来分配内存，可能会引发未定义行为。

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面试题：C语言中信号处理函数的设计与实现细节

知识考点

面试题答案

1. 编写可靠的信号处理函数

2. 防止竞态条件

3. 信号处理函数中不能调用的函数类型及原因