学懂C++ （十九）：高级教程——深入详解C++信号处理

C++中的信号处理

1. 信号处理的本质

2. 主要信号类型

3. 核心关键点

4. 经典实例

代码分析

5. 进阶：信号屏蔽与多线程

例子：使用sigaction()

6. Windows中的信号处理

7. 比较与总结

示例：Windows控制台事件处理

总结

C++中的信号处理

C++中的信号处理主要涉及操作系统层面的信号机制，尤其是在Unix和Linux系统中。信号是一种异步事件的通知机制，允许程序在特定事件发生时进行响应。常见的用途包括处理异常情况、外部中断等。以下将深入探讨信号处理的本质、信号类型、核心关键点以及经典实例。

1. 信号处理的本质

信号处理的本质在于允许程序响应异步事件。当特定事件发生时，操作系统向进程发送信号，进程通过信号处理程序（信号处理函数）来响应这些信号。信号的用途包括：

处理用户请求（如Ctrl+C中断）
处理定时器
响应硬件异常
实现进程间通信

2. 主要信号类型

在Unix/Linux系统中，常见的信号包括：

SIGINT：中断信号（通常由Ctrl+C触发）
SIGTERM：终止信号（请求程序终止）
SIGSEGV：段错误（访问无效内存）
SIGALRM：定时器到期

3. 核心关键点

在进行信号处理时，需要掌握以下核心要点：

信号的注册与处理：可以使用signal()或sigaction()函数来注册信号处理程序。
信号阻塞与解除阻塞：可以用sigprocmask()控制信号的阻塞，以防在特定代码段内被处理。
信号发送：可以使用kill()函数向进程发送信号。
并发性：信号处理是异步的，可能与程序的其他部分并发执行，因此需要注意线程安全。

4. 经典实例

以下是一个简单的信号处理示例，演示如何处理SIGINT信号（通常由Ctrl+C触发）。

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h> // for sleep()// 信号处理函数
void signalHandler(int signum) {std::cout << "Caught signal " << signum << ", terminating gracefully..." << std::endl;// 这里可以做一些清理工作exit(signum); // 退出程序
}int main() {// 注册信号处理程序signal(SIGINT, signalHandler);std::cout << "Press Ctrl+C to trigger the signal handler..." << std::endl;// 程序主循环while (true) {std::cout << "Running..." << std::endl;sleep(1); // 每秒打印一次}return 0;
}

代码分析

注册信号处理程序：使用signal(SIGINT, signalHandler)注册信号处理函数。当程序接收到SIGINT信号时，调用signalHandler函数。
信号处理逻辑：在signalHandler中进行清理工作并输出通知，最后调用exit(signum)退出程序。
主循环：程序在无限循环中持续运行，每秒打印一次“Running...”。按下Ctrl+C时，将捕获到SIGINT信号，调用处理程序并优雅地终止。

5. 进阶：信号屏蔽与多线程

在多线程程序中，信号处理变得更加复杂。关键要点包括：

信号屏蔽：使用sigprocmask()阻塞某些信号，以防在特定代码块内被处理。
专用信号线程：创建专门的线程处理信号，避免信号处理函数与其他线程并发执行的问题。
使用sigaction()：sigaction()提供丰富的功能，允许设置信号处理的行为，如恢复默认处理和设置信号屏蔽字。

例子：使用`sigaction()`

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <cstring>
#include <unistd.h>// 信号处理函数
void signalHandler(int signum, siginfo_t *info, void *context) {std::cout << "Caught signal " << signum << ", terminating gracefully..." << std::endl;// 这里可以做一些清理工作exit(signum); // 退出程序
}int main() {struct sigaction action;memset(&action, 0, sizeof(action));action.sa_sigaction = signalHandler; // 设置处理函数action.sa_flags = SA_SIGINFO; // 使用siginfo_t结构// 注册信号处理程序if (sigaction(SIGINT, &action, nullptr) == -1) {std::cerr << "Error registering signal handler" << std::endl;return 1;}std::cout << "Press Ctrl+C to trigger the signal handler..." << std::endl;// 程序主循环while (true) {std::cout << "Running..." << std::endl;sleep(1); // 每秒打印一次}return 0;
}

6. Windows中的信号处理

在Windows系统中，信号的概念与Unix/Linux系统有所不同。Windows使用以下机制处理异步事件：

异常处理：使用结构化异常处理（SEH）来处理运行时错误，允许捕获异常并执行处理逻辑。
控制台控制处理：通过SetConsoleCtrlHandler()函数注册控制台控制处理程序，响应如Ctrl+C等事件。

7. 比较与总结

信号机制：Unix/Linux提供标准的信号机制，允许程序使用信号进行异步事件处理；而Windows则通过异常处理和控制台事件机制完成类似功能。
跨平台性：虽然C++标准库提供了一些跨平台功能，但信号处理在不同操作系统中的实现方式和可用API不尽相同。因此，编写跨平台的信号处理代码时，需要考虑不同操作系统的特性和差异。

示例：Windows控制台事件处理

#include <windows.h>
#include <iostream>BOOL WINAPI ConsoleHandler(DWORD signal) {if (signal == CTRL_C_EVENT) {std::cout << "Caught Ctrl+C! Exiting gracefully..." << std::endl;return TRUE; // 阻止默认处理（程序退出）}return FALSE; // 让系统执行默认处理
}int main() {// 注册控制台控制处理程序SetConsoleCtrlHandler(ConsoleHandler, TRUE);std::cout << "Press Ctrl+C to trigger the handler..." << std::endl;// 程序主循环while (true) {std::cout << "Running..." << std::endl;Sleep(1000); // 每秒打印一次}return 0;
}