C++ | 信号处理-优快云博客

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第一部分：信号处理基础概念

1. 什么是信号？

信号是由操作系统传给进程的中断，会提早终止一个程序。在 UNIX、LINUX、Mac OS X 或 Windows 系统上，可以通过按 Ctrl+C 产生中断。

有些信号不能被程序捕获，但是下表所列信号可以在程序中捕获，并可以基于信号采取适当的动作。这些信号是定义在 C++头文件 <csignal> （C头文件signal.h）中。

2. 信号处理的应用场景

优雅处理程序终止请求（如保存数据后退出）
捕获运行时错误（如段错误、浮点异常）
实现自定义调试机制（如输出堆栈跟踪）
资源清理和状态保存（如关闭文件、释放内存）

第二部分：C++信号处理核心API

1. 关键函数

signal(int sig, void (*handler)(int))
注册信号处理函数，参数为信号值和回调函数指针。
raise(int sig)
向当前进程发送指定信号。
kill(pid_t pid, int sig)
向指定进程发送信号（需包含 <unistd.h>）。

2. 预定义信号常量

信号值	宏定义	触发场景
1	SIGHUP	终端连接断开
2	SIGINT	键盘中断（Ctrl+C）
6	SIGABRT	调用 `abort()` 触发
8	SIGFPE	算术运算错误
11	SIGSEGV	无效内存访问
15	SIGTERM	终止请求

第三部分：基础用法示例

示例1：捕获 Ctrl+C 信号

#include <csignal>  
#include <iostream>  

volatile sig_atomic_t g_exit_flag = 0;  

void signal_handler(int signum) {  
    std::cout << "捕获到信号: " << signum << std::endl;  
    g_exit_flag = 1;  
}  

int main() {  
    signal(SIGINT, signal_handler);  // 注册 SIGINT 处理函数  
    while (!g_exit_flag) {  
        // 主循环逻辑  
    }  
    std::cout << "程序正常退出" << std::endl;  
    return 0;  
}

示例2：处理段错误

#include <csignal>  
#include <cstdlib>  

void segv_handler(int signum) {  
    std::cerr << "发生段错误！保存日志..." << std::endl;  
    exit(EXIT_FAILURE);  
}  

int main() {  
    signal(SIGSEGV, segv_handler);  
    int* ptr = nullptr;  
    *ptr = 42;  // 故意触发段错误  
    return 0;  
}

第四部分：高级应用技巧

1. 多线程信号处理

#include <csignal>  
#include <pthread.h>  

void init_signal_handler() {  
    sigset_t set;  
    sigemptyset(&set);  
    sigaddset(&set, SIGINT);  
    pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &set, nullptr);  // 在主线程阻塞信号  

    // 创建专用信号处理线程  
    std::thread([] {  
        sigset_t wait_set;  
        sigemptyset(&wait_set);  
        sigaddset(&wait_set, SIGINT);  
        int sig;  
        while (true) {  
            sigwait(&wait_set, &sig);  // 安全等待信号  
            std::cout << "线程处理信号: " << sig << std::endl;  
        }  
    }).detach();  
}

2. 信号驱动异步I/O

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

void io_handler(int) {  
    char buf[256];  
    int len = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));  
    std::cout << "输入数据: " << std::string(buf, len) << std::endl;  
}  

int main() {  
    signal(SIGIO, io_handler);  
    fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());  
    fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, O_ASYNC | O_NONBLOCK);  
    while (true) {  
        // 主程序逻辑  
    }  
}

第五部分：现代C++最佳实践

1. 使用RAII封装信号处理

class SignalGuard {  
public:  
    SignalGuard(int sig, void (*handler)(int))  
        : m_sig(sig), m_old_handler(signal(sig, handler)) {}  
    ~SignalGuard() { signal(m_sig, m_old_handler); }  

private:  
    int m_sig;  
    void (*m_old_handler)(int);  
};  

// 使用示例  
{  
    SignalGuard guard(SIGINT, [](int) {  
        std::cout << "临时处理Ctrl+C" << std::endl;  
    });  
    // 在此作用域内使用自定义处理  
}

2. 原子操作替代全局变量

#include <atomic>  
std::atomic<bool> g_exit_flag(false);  

void handler(int) {  
    g_exit_flag.store(true);  
}  

int main() {  
    signal(SIGTERM, handler);  
    while (!g_exit_flag.load()) {  
        // 主循环逻辑  
    }  
}