C 标准库 – signal.h

关键要点

• <signal.h> 是 C 标准库中的头文件，用于处理信号，研究表明它支持异步通知机制。
• 它定义了 sig_atomic_t 类型、多种信号常量（如 SIGINT、SIGTERM）和函数（如 signal()、raise()）。
• 证据显示，信号常用于错误处理、用户输入响应和进程间通信。

简介

<signal.h> 允许程序捕获和处理信号，例如用户按下 Ctrl+C 或发生内存访问错误。以下是其主要功能：

主要功能

• 信号定义：包括 SIGINT（中断）、SIGTERM（终止）等。
• 信号处理：通过 signal() 和 sigaction() 设置处理程序。
• 信号管理：使用 sigprocmask() 控制信号屏蔽。

使用示例

以下是一个简单示例，捕获 SIGINT 信号：

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

volatile sig_atomic_t stop = 0;

void handle_sigint(int sig) {
    stop = 1;
}

int main() {
    signal(SIGINT, handle_sigint);
    while (!stop) {
        printf("Running...\n");
        sleep(1);
    }
    printf("Caught signal %d, exiting...\n", SIGINT);
    return 0;
}

资源

• 菜鸟教程 – C 标准库 – <signal.h>
• 阿里云开发者社区 – C 标准库 – <signal.h> 详解

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详细报告

背景与概述

<signal.h> 是 C 标准库中的一个头文件，专门用于提供信号处理的功能。信号是一种异步通知机制，允许进程在特定事件发生时执行预定义的处理函数。这些事件可以是用户操作（如按下 Ctrl+C）、系统错误（如非法内存访问）或其他进程发送的信号。研究表明，<signal.h> 的功能在处理异常情况和实现进程间通信时非常有用，证据显示它广泛应用于错误处理、用户输入响应和定时操作。

主要内容

库变量

<signal.h> 定义了以下变量类型：

• sig_atomic_t：一种整数类型，用于在信号处理程序中安全地访问的变量，确保原子操作。
• sigset_t：一种数据类型，用于表示信号集，方便管理多个信号。

库宏

<signal.h> 定义了以下宏，用于信号处理：

• SIG_DFL：表示默认信号处理程序。
• SIG_ERR：信号处理设置错误时的返回值。
• SIG_IGN：表示忽略信号。

信号常量

<signal.h> 定义了多种信号常量，每个常量都表示一个特定的信号。以下是常见的信号常量及其描述，整理成表格以便清晰查看：

信号常量	描述
SIGABRT	程序异常终止
SIGALRM	定时器到期
SIGBUS	总线错误
SIGCHLD	子进程状态改变
SIGCONT	继续执行暂停的进程
SIGFPE	浮点异常
SIGHUP	挂断信号
SIGILL	非法指令
SIGINT	终端中断信号（Ctrl+C）
SIGKILL	强制终止信号
SIGPIPE	向已关闭的管道写入
SIGQUIT	终端退出信号（Ctrl+\）
SIGSEGV	段错误（非法内存访问）
SIGSTOP	暂停进程信号
SIGTERM	终止信号
SIGTSTP	暂停信号（Ctrl+Z）
SIGTTIN	后台进程读取终端
SIGTTOU	后台进程写入终端
SIGUSR1	用户自定义信号1
SIGUSR2	用户自定义信号2

这些信号常量覆盖了常见的系统事件和用户操作，研究表明它们在不同操作系统中可能有细微差异，但核心功能一致。

库函数

<signal.h> 提供了多种函数，用于信号的处理和管理。以下是主要函数及其功能，整理成表格：

函数名	描述
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);	设置信号处理程序
int raise(int sig);	发送信号给当前进程
int kill(pid_t pid, int sig);	发送信号给指定进程
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);	检查/改变阻塞的信号集
int sigaction(int sig, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);	检查/改变信号处理程序
int sigsuspend(const sigset_t *mask);	临时替换信号掩码并挂起
int sigpending(sigset_t *set);	检查挂起的信号
int sigemptyset(sigset_t *set);	初始化信号集为空
int sigfillset(sigset_t *set);	初始化信号集为满
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);	将信号添加到信号集
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);	从信号集删除信号
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);	检查信号是否在信号集中
void abort(void);	生成 SIGABRT 信号
unsigned int alarm(unsigned int seconds);	设置定时器，发送 SIGALRM
int pause(void);	挂起直到捕获信号
void psignal(int sig, const char *s);	打印信号描述
char *strsignal(int sig);	返回信号描述字符串
int sigwait(const sigset_t *set, int *sig);	等待并处理信号

这些函数提供了从设置信号处理程序到管理信号集的全面功能，证据显示它们在实际开发中非常实用。

使用场景

<signal.h> 的功能在多种场景下有重要应用：

• 错误处理：捕获如 SIGSEGV 或 SIGFPE 等信号，执行清理操作或记录错误日志。
• 用户输入：捕获 SIGINT（Ctrl+C）或 SIGQUIT（Ctrl+\）信号，优雅地终止程序。
• 进程间通信：使用 SIGUSR1 和 SIGUSR2 等信号在进程之间传递信息。
• 定时操作：使用 alarm() 函数设置定时器，捕获 SIGALRM 信号执行定时任务。

使用示例与实践

以下是一个更详细的示例，展示如何使用 signal() 和 sigaction() 处理 SIGINT 信号：

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

volatile sig_atomic_t stop = 0;

void handle_sigint(int sig) {
    printf("Caught signal %d, exiting...\n", sig);
    stop = 1;
}

int main() {
    // 使用 signal() 设置处理程序
    signal(SIGINT, handle_sigint);
    while (!stop) {
        printf("Running...\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

这个示例展示了如何捕获 SIGINT 信号，并通过信号处理程序优雅地退出程序。

注意事项

使用 <signal.h> 时需要特别注意以下几点：

• 信号处理程序的安全性：信号处理程序应避免调用非异步信号安全的函数，如 printf()、malloc() 等。应使用简单操作或异步信号安全的函数，例如设置标志位。
• 信号的可靠性：某些信号如 SIGKILL 和 SIGSTOP 不能被捕获或忽略，研究建议在设计时充分考虑这些限制。
• 信号的顺序：信号的处理顺序不确定，程序应设计为不依赖于信号的处理顺序，以避免不可预测的行为。
• 信号的重入：信号处理程序应设计为重入安全，以避免在信号处理期间再次接收相同信号导致的问题。

资源与参考

以下是相关资源的链接，提供更详细的中文讲解：

• 菜鸟教程 – C 标准库 – <signal.h>：提供了函数列表、宏定义和示例代码，内容全面，适合初学者和进阶用户。
• 阿里云开发者社区 – C 标准库 – <signal.h> 详解：介绍了信号处理的安全性考虑和实际应用场景，适合深入学习。

这些资源涵盖了 <signal.h> 的所有方面，包括函数的详细使用和注意事项。

总结

<signal.h> 是 C 语言中处理信号的核心工具，提供了丰富的函数和宏，支持信号的定义、处理和管理。它的功能在错误处理、用户输入响应和进程间通信中非常有用。通过上述内容，用户可以全面了解 <signal.h> 的功能，并通过示例代码快速上手。