C++ 信号处理

風清掦

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分类专栏： C++ 文章标签： c++ 开发语言信号处理

于 2023-09-07 00:37:51 首次发布

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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> 中。

信号	英文含义	描述
SIGABRT	SIGnal + ABRT (Abort)	程序的异常终止，（如 `abort()` 调用）
SIGFPE	SIGnal + FPE (Floating Point Exception)	错误的算术运算，比如除以零或导致溢出的操作。
SIGILL	SIGnal + ILLegal Instruction	检测非法指令。
SIGINT	SIGnal + INTerrupt	程序中断(interrupt)信号，（如按 Ctrl+C）
SIGSEGV	SIGnal + SEGV (Segmentation Violation)	段错误，非法访问内存。
SIGTERM	SIGnal + TERMinate	发送到程序的终止请求信号（友好结束）

signal()

C++ 信号处理库提供了 signal() 函数，用来捕获突发事件。以下是 signal() 函数的语法：

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

看起来有点费劲，以下语法格式更容易理解：

signal(registered signal, signal handler);

第一个参数是要设置的信号的标识符；

第二个参数是指向信号处理函数的指针；

函数返回值是一个指向先前信号处理函数的指针。如果先前没有设置信号处理函数，则返回值为 SIG_DFL(默认信号处理程序)。如果先前设置的信号处理函数为 SIG_IGN(忽略信号的处理程序)，则返回值为 SIG_IGN。

注：SIG_DFL、SIG_IGN 分别表示无返回值的函数指针，指针值分别是 0 和 1 。这两个指针值逻辑上讲是实际程序中不可能出现的函数地址值。

实例：编写一个简单的 C++ 程序，使用 signal() 函数捕获 SIGINT 信号(不管在程序中捕获什么信号，都必须使用 signal() 函数来注册信号，并将其与信号处理程序相关联)。下面这个示例演示如何在 C++ 程序中注册并处理 SIGINT（如 Ctrl+C）信号的代码，程序会持续输出提示信息（程序运行中...按 Ctrl+C 终止），一旦接收到中断信号就调用自定义函数进行处理并优雅退出。

#include <csignal>    // 引入 C++ 信号处理库，提供 signal() 函数和信号宏（如 SIGINT）
#include <iostream>   // 引入标准输入输出库，用于 cout 输出信息

// 判断当前平台是否是 Windows（_WIN32 是所有 Windows 编译器默认定义的宏）
#ifdef _WIN32
    #include <windows.h>          // 包含 Windows API 头文件，提供 Sleep() 函数（单位：毫秒）
    #define SLEEP(x) Sleep((x) * 1000)  // 将自定义的 SLEEP(x) 宏映射为 Sleep(x秒 * 1000毫秒)
#else
    #include <unistd.h>           // 包含 Unix/Linux 的 POSIX API 头文件，提供 sleep() 函数（单位：秒）
    #define SLEEP(x) sleep(x)     // 将 SLEEP(x) 宏定义为直接调用 sleep()
#endif

using namespace std;

// 自定义信号处理函数，当捕获到信号时会被自动调用
// signalNum 参数表示捕获到的信号编号（如 SIGINT 对应 2）
void signalHandler(int signalNum) {
    cout << "捕获到信号: " << signalNum << endl; // 输出捕获的信号编号
    exit(signalNum); // 终止程序，并将信号编号作为退出码
}

int main() {
    // 注册信号处理函数 signalHandler 来处理 SIGINT（中断信号，通常由 Ctrl+C 触发）
    signal(SIGINT, signalHandler);

    // 进入无限循环，模拟一个持续运行的程序
    while (true) {
        cout << "程序运行中...按 Ctrl+C 终止" << endl; // 每秒输出提示信息
        SLEEP(1); // 调用平台无关的 SLEEP 宏，睡眠 1 秒
    }

    return 0; // 程序正常结束（此行在此例中不会执行到）
}

执行结果如下：按 Ctrl+C 中断程序，您会看到程序捕获信号，程序打印如下内容并退出：

程序运行中...按 Ctrl+C 终止
程序运行中...按 Ctrl+C 终止
程序运行中...按 Ctrl+C 终止
捕获到信号: 2

raise()

可以使用函数 raise() 生成信号，该函数带有一个整数信号编号作为参数，语法如下：

int raise(signal sig);

sig 是要发送的信号的编号，这些信号包括：SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV、SIGTERM、SIGHUP。

使用 raise() 函数内部生成信号的实例：程序通过注册 SIGINT 信号处理器，在运行过程中每秒输出信息，并在第三次循环时模拟接收中断信号以终止程序。

#include <iostream>    // 提供标准输入输出功能
#include <csignal>     // 提供信号处理功能，如 signal(), raise(), SIGINT 等

// 平台判断：Windows 下使用 <windows.h> 的 Sleep，其他系统用 <unistd.h> 的 sleep
#ifdef _WIN32
    #include <windows.h>               // Windows 的睡眠函数 Sleep()
    #define SLEEP(x) Sleep((x) * 1000) // 定义统一的跨平台 SLEEP 宏（单位为秒）
#else
    #include <unistd.h>               // Linux/Unix 的睡眠函数 sleep()
    #define SLEEP(x) sleep(x)         // 定义统一的跨平台 SLEEP 宏
#endif

using namespace std;

// 信号处理函数，当接收到指定信号时自动被调用
void signalHandler(int signum)
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received." << endl;

    // 这里可以添加清理资源的逻辑，如关闭文件、释放内存等

    exit(signum); // 退出程序，并将信号编号作为退出码返回
}

int main()
{
    int i = 0; // 计数器变量

    // 注册 SIGINT 信号的处理函数，当用户按 Ctrl+C 或调用 raise(SIGINT) 时触发
    signal(SIGINT, signalHandler);

    // 无限循环，模拟程序运行
    while (++i)
    {
        cout << "Going to sleep..." << endl;

        // 当循环到第 3 次时，程序内部触发一个 SIGINT 信号，模拟用户按下 Ctrl+C
        if (i == 3)
        {
            raise(SIGINT); // 主动发送 SIGINT 信号
        }

        SLEEP(1); // 跨平台休眠 1 秒
    }

    return 0; // 正常结束程序（理论上不会到达这里）
}

代码被编译和执行时，会产生下列结果，并会自动退出：