C 和 C++ 中信号处理简单介绍

信号处理是编程中一个重要的主题，特别是在需要处理异步事件和错误情况的系统中。在 C++ 和 C 语言中，信号处理机制提供了一种优雅的方式来响应特定的系统事件，例如用户中断、异常情况或其他信号。在这里，我将详细介绍 C 和 C++ 中信号处理的概念、用法和示例。

1. 信号的基本概念

信号是由操作系统或硬件事件触发的通知，表示某种特定的事件已经发生。常见的信号包括：

• SIGINT：终端中断（通常由 Ctrl+C 触发）。
• SIGTERM：请求程序终止。
• SIGSEGV：无效内存引用（段错误）。
• SIGFPE：算术运算错误（例如除以零）。

2. C 和 C++ 中的信号处理

在 C 和 C++ 中，信号处理主要通过以下两个方面实现：

• 注册信号处理函数
• 响应信号事件

使用标准库 <signal.h> 来处理信号。

3. 信号处理函数

信号处理函数是特定类型的函数，用于响应特定信号。这些函数不能接受任何额外参数，并且通常不返回值（返回类型是 void）。它们的签名如下：

void signal_handler(int signum);
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4. 常用的信号处理函数

使用 signal() 函数或 sigaction() 来注册信号处理函数：

a. 使用 signal()

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void signal_handler(int signum) {
    printf("Caught signal %d\n", signum);
    exit(signum);
}

int main() {
    // 注册信号处理函数
    signal(SIGINT, signal_handler); // 捕捉 Ctrl+C
    while (1) {
        printf("Running... (Press Ctrl+C to interrupt)\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
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b. 使用 sigaction()

sigaction() 提供了更强大的信号处理机制，可以更精确地控制信号处理的行为。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void signal_handler(int signum) {
    printf("Caught signal %d\n", signum);
    exit(signum);
}

int main() {
    struct sigaction action;
    action.sa_handler = signal_handler;
    action.sa_flags = 0; // 默认标志
    sigemptyset(&action.sa_mask); // 清空信号集

    // 注册信号处理
    sigaction(SIGINT, &action, NULL);
    
    while (1) {
        printf("Running... (Press Ctrl+C to interrupt)\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
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5. 常见信号处理注意事项

• 信号可重入性：处理信号的代码应该尽可能简短，以避免不必要的复杂性。某些函数在信号处理中是不安全的，例如 malloc、printf 等。
• 信号掩码：设置信号掩码可以阻止某些信号在信号处理函数执行时被接收。可以使用 sigprocmask() 函数设置。
• 僵尸进程：在处理 SIGCHLD 信号时，有必要使用 wait 或 waitpid 来避免僵尸进程。

6. C++ 中的信号处理

在 C++ 中，信号处理的方式与 C 类似，因为 C++ 是 C 的超集。然而，C++ 中可以使用更现代的特性，如类和异常处理来改善信号处理。例如，可以定义一个类来包装信号处理逻辑：

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

class SignalHandler {
public:
    SignalHandler() {
        std::signal(SIGINT, SignalHandler::handleSignal);
    }

    static void handleSignal(int signum) {
        std::cout << "Caught signal: " << signum << std::endl;
        exit(signum);
    }
};

int main() {
    SignalHandler sh; // 注册信号处理器
    while (true) {
        std::cout << "Running... (Press Ctrl+C to interrupt)" << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
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7. 总结

信号处理是 C 和 C++ 编程中的一项重要功能，能够让程序有效地响应异步事件。通过注册信号处理函数，程序可以在发生特定信号时执行特定的逻辑处理。从而增强了程序的鲁棒性和用户体验。✨