C++ 信号处理

你好，有抱负的程序员们！今天，我们将深入探讨令人兴奋的C++信号处理世界。如果你完全是编程新手，也无需担心——我会一步一步地引导你，就像我这些年在教学过程中无数次做的那样。让我们一起踏上这个旅程吧！

C++ Signal Handling

什么是信号？

在我们深入研究细节之前，先来了解一下信号是什么。在计算机的世界里，信号就像是小小的警报或通知，告诉程序有重要的事情发生了。这有点像你的手机震动提醒你收到了一条消息。这些信号可以由操作系统或其他程序发送。

signal() 函数

现在，让我们来谈谈第一个明星：signal() 函数。这个函数就像是程序的私人助手。它帮助你的程序决定在接收到特定信号时该做什么。

如何使用 signal()

以下是 signal() 函数的基本语法：

#include <csignal>

signal(signalNumber, signalHandler);

让我们分解一下：

signalNumber：这是我们感兴趣的信型号。
signalHandler：这是在接收到信号时将运行的函数。

一个简单的例子

让我们看一个简单的例子来了解这是如何工作的：

#include <iostream>
#include <csignal>

void signalHandler(int signum) {
std::cout << "接收到中断信号 (" << signum << ").\n";
exit(signum);
}

int main() {
signal(SIGINT, signalHandler);

while(true) {
std::cout << "程序正在运行..." << std::endl;
sleep(1);
}

return 0;
}

在这个例子中：

我们定义了一个 signalHandler 函数，它打印一条消息并退出程序。
在 main() 中，我们使用 signal(SIGINT, signalHandler) 告诉我们的程序在接收到 SIGINT 信号时运行 signalHandler（通常在你按下 Ctrl+C 时发送）。
然后我们有一个无限循环使程序保持运行。

如果你运行这个程序并按下 Ctrl+C，你会在程序退出前看到 signalHandler 的消息。

raise() 函数

现在，让我们来认识第二个明星：raise() 函数。如果 signal() 是像设置闹钟，那么 raise() 就像是你自己按下了闹钟按钮。

如何使用 raise()

raise() 的语法更简单：

#include <csignal>

raise(signalNumber);

这里，signalNumber 是你想要发送的信号类型。

使用 raise() 的例子

让我们修改我们之前的例子以使用 raise()：

#include <iostream>
#include <csignal>

void signalHandler(int signum) {
std::cout << "接收到信号 (" << signum << ").\n";
}

int main() {
signal(SIGTERM, signalHandler);

std::cout << "发送 SIGTERM 信号..." << std::endl;
raise(SIGTERM);

std::cout << "返回主函数。" << std::endl;

return 0;
}

在这个例子中：

我们设置 signalHandler 来处理 SIGTERM 信号。
在 main() 中，我们使用 raise(SIGTERM) 向我们自己的程序发送一个 SIGTERM 信号。
这触发了 signalHandler，它打印一条消息。
处理完信号后，程序继续并打印最后的消息。

常见信号类型

让我们看看你可能遇到的一些常见信号类型：

信号	描述
SIGABRT	异常终止
SIGFPE	浮点异常
SIGILL	非法指令
SIGINT	CTRL+C 中断
SIGSEGV	段错误
SIGTERM	终止请求

最佳实践和技巧

小心全局变量：信号处理程序在访问全局变量时应谨慎，因为它们可能处于不一致的状态。
保持简单：信号处理程序应尽可能简单。在信号处理程序中进行复杂操作可能导致意外行为。
为共享变量使用 volatile：如果你有在主代码和信号处理程序之间共享的变量，请将它们声明为 volatile。
记住，信号是异步的：信号可能在任何时候到达，所以设计程序时要考虑这一点。

更高级的例子

让我们用一个更复杂的例子把这一切放在一起：

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>

volatile sig_atomic_t gSignalStatus = 0;

void signalHandler(int signum) {
gSignalStatus = signum;
}

int main() {
// 注册信号处理程序
signal(SIGINT, signalHandler);
signal(SIGTERM, signalHandler);

std::cout << "程序启动。按 Ctrl+C 中断。" << std::endl;

while(gSignalStatus == 0) {
std::cout << "正在工作..." << std::endl;
sleep(1);
}

std::cout << "接收到信号 " << gSignalStatus << "。正在清理..." << std::endl;
// 在这里执行任何必要的清理

return 0;
}

在这个例子中：

我们使用全局变量 gSignalStatus 来跟踪接收到的信号。
我们为 SIGINT 和 SIGTERM 注册处理程序。
程序运行直到接收到信号，然后执行清理并退出。

这演示了在需要清理资源后才能退出的程序中更实际地使用信号处理。

结论

好了，各位！我们已经穿越了C++信号处理的大陆，从 signal() 的基础到积极主动的 raise()，甚至触及了一些更高级的概念。记住，就像学习任何新技能一样，掌握信号处理需要练习。如果你一开始没有立刻弄懂，也不要气馁——每个伟大的程序员都是从你现在的地方开始的。

当我们结束这个话题时，我想起了一个学生，她一开始在这个概念上挣扎。她曾经说信号感觉就像试图捕捉无形的蝴蝶。但是通过练习和坚持，她不仅掌握了这个概念，还为她公司的软件开发了一个健壮的错误处理系统。所以，继续努力吧，谁知道呢？下一个伟大的软件创新可能就来自于你！

编程愉快，愿你的信号总是被优雅地处理！

Credits: Image by storyset