C++ 信号处理

2025 年 8 月 29 日 | 阅读 9 分钟

在 C++ 中，信号是中断，由操作系统传递给进程，以停止其正在进行的任务并处理已生成中断的任务。中断用于通知程序特定事件或条件，例如错误、终止请求或外部输入。当收到信号时，操作系统会停止程序的正常执行以处理它。

在 C++ 中，信号也可以由操作系统根据系统或错误条件生成。我们可以通过在 Linux、UNIX、Mac OS X 或 Windows 系统上按 Ctrl+C 来生成中断。

当发出信号时，系统可以

终止程序。
暂停它
直接忽略它。
或者，调用程序员定义的自定义处理函数。

捕获和处理信号

在 C++ 中，并非所有信号都可以被捕获或处理。某些信号是不可捕获的，例如 SIGKILL 或 SIGSTOP，操作系统会严格执行它们以确保系统稳定性。许多其他信号，例如 SIGINT、SIGFPE、SIGSEGV 和 SIGTERM，可以在程序中被拦截和处理。

如果要在 C++ 中使用信号，请使用 <csignal> 头文件，它提供信号名称和函数，例如 signal() 将处理程序与信号关联起来。

C++ 简单信号处理示例

让我们看一个示例来说明 C++ 中的信号处理。

示例

#include <iostream>
using namespace std;   //using standard namespace
int main()   //main function
{
    while (true) 
    {
        cout << "Hello, World!!\n";
    }
    return 0;
}

编译并运行

输出

Hello, World!!
Hello, World!!
Hello, World!!
Hello, World!!
Hello, World!!

说明

在此示例中，我们创建一个无限循环，向终端写入消息“Hello, World!!”。当用户按下 Ctrl+C 时，系统会生成 SIGINT 信号，该信号会中断并终止当前运行的程序。

C++ 中常用信号及其用途

以下是 C++ 中几种类型的信号列表。其中一些如下

信号	描述
SIGABRT	当程序调用 abort() 函数时发生。它导致异常终止。
SIGFPE	由算术错误触发，例如除以零或数字溢出。
SIGILL	当处理器检测到非法或未定义的机器指令时使用。
SIGINT	当用户中断程序时使用（例如，按 Ctrl+C）。
SIGSEGV	当程序尝试访问没有权限的内存时发生，例如解引用空指针或无效指针。
SIGTERM	它通常用于通过 kill 或其他方法发送终止请求。
SIGHUP	当终端关闭或控制进程结束时使用。它用于检测挂起。
SIGQUIT	它类似于 SIGINT，但也会生成核心转储。它通常由 Ctrl+\ 触发。
SIGTRAP	调试器用于触发断点或陷阱条件。
SIGBUS	当进程在硬件级别错误访问内存时引发（例如，未对齐的内存访问）。
SIGUSR1	它保留用于用户定义的行为。开发人员可以在收到此信号时分配自定义操作。
SIGUSR2	这是另一个用户定义的信号，类似于 SIGUSR1。
SIGALRM	当 alarm() 函数设置的计时器到期时使用。通常用于超时。
SIGCONT	它用于恢复已暂停的进程（例如，在 SIGSTOP 之后）。
SIGSTOP	它立即停止（暂停）进程。它不能被捕获、阻塞或忽略。

signal() 函数

在 C++ 中，signal() 函数是信号处理库的一部分，该库在头文件中描述。它允许我们的程序通过自定义信号处理来响应意外事件，例如中断或非法操作。

语法

它具有以下语法：

在此语法中

sig: 我们要处理的信号编号（例如，SIGINT、SIGTERM）。
func: 指向在收到信号时要调用的函数的指针。
返回值: 返回值是指向前一个信号处理程序的指针。

使用 signal() 函数处理信号的方法

如果调用 signal() 函数，我们必须指定程序应如何响应提供的信号。我们有三个主要选项

1) 默认操作 - SIG_DFL

在 C++ 中，它指示系统应用信号的默认行为。例如，程序可能会终止或创建核心转储。

2) 忽略信号 - SIG_IGN

它允许应用程序完全忽略信号。信号将被检测到，但不会采取行动。执行继续，就好像什么都没有发生一样。

3) 自定义函数处理程序

在 C++ 中，我们可以编写自己的信号处理函数。当收到信号时，处理函数被调用，我们可以指定应用程序应如何响应（例如，保存数据、打印消息、清理资源等）。

C++ 信号处理示例

让我们看一个示例来说明 C++ 中的信号处理。

示例

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h> 
using namespace std;    //using standard namespace

void my_handler(int signum) 
{
    cout << "\nInterrupt signal (" << signum << ") received. Program will now terminate.\n";
    exit(signum);
}
int main()   //main function
{
    signal(SIGINT, my_handler);
    cout << "The program is running. Press Ctrl+C to stop the flow..\n";
    while (true) 
    {
        cout << "Running...\n";
        sleep(1); 
    }
    return 0;
}

编译并运行

输出

The program is running. Press Ctrl+C to stop the flow..
Running...
Running...
Running...
Running...
Running...

说明

在此示例中，我们使用无限循环每秒打印“Running...”。之后，当用户按下 Ctrl+C 时，自定义处理程序 my_handler() 接收 SIGINT 信号，打印终止消息，并优雅地停止程序。

raise() 函数

在 C++ 中，raise() 函数向当前运行的进程发送信号。它易于使用，适用于在程序中测试信号处理程序。

语法

它具有以下语法：

在这个语法中，

signal_type: 要发送进行处理的信号编号。它可以采用以下值之一

SIGINT
SIGABRT
SIGFPE
SIGILL
SIGSEGV
SIGTERM
SIGHUP

返回值: 如果信号已正确传递，则返回 0。如果失败，则返回非零值。

C++ raise() 函数示例

让我们看一个示例来说明 C++ 中的 raise() 函数。

示例

#include <csignal>
#include <iostream>
using namespace std;   //using standard namespace
void Signal_Handler(int s) 
{
    cout << "Interrupt is handled. Signal number is: " << s << endl;
    exit(s);  
}
int main()    //main function
{
    signal(SIGINT, Signal_Handler);
    raise(SIGINT);
    return 0;
}

编译并运行

输出

Interrupt is handled. Signal number is: 2

说明

在此示例中，我们使用 raise() 函数手动生成 SIGINT 信号，该信号通常通过按 Ctrl+C 发出。当使用 raise(SIGINT) 函数时，自定义处理程序 Signal_Handler 接收信号并在终止应用程序之前打印信号编号。

C++ 使用多个 raise() 函数的示例

让我们看一个示例来说明 C++ 中使用多个 raise() 函数。

示例

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h> 
using namespace std;   //using standard namespace

void Signal_Handler(int sig_no)
{
cout << "Interrupt is handled and the Signal number is: " << sig_no << endl;
}
void DisplayingMenu() 
{
    cout << "\nChoose a signal to raise which displayed below:\n";
    cout << "1. SIGINT (Ctrl+C simulation)\n";
    cout << "2. SIGILL (Illegal Instruction)\n";
    cout << "3. SIGALRM (Timer Alarm)\n";
    cout << "4. SIGFPE (Division by Zero)\n";
    cout << "5. SIGSEGV (Invalid Memory Access)\n";
    cout << "6. Exit out of the program.\n";
    cout << "Enter your choice which is from 1 to 6: ";
}
int main()   //main function
{
    signal(SIGINT, Signal_Handler);   
    signal(SIGILL, Signal_Handler);   
    signal(SIGALRM, Signal_Handler);  
    signal(SIGFPE, Signal_Handler);   
    signal(SIGSEGV, Signal_Handler);  
    int user_choice;
    while (true) 
    {
        DisplayingMenu();
        cin >> user_choice;
        switch (user_choice) 
        {
            case 1:
                raise(SIGINT); 
                break;
            case 2:
                raise(SIGILL); 
                break;
            case 3:
                alarm(1);      
                sleep(2);      
                break;
            case 4: 
            {
                int p = 30, q = 0;
                int ans = p / q; 
                cout << "The Result is: " << ans << endl;
                break;
            }
            case 5: 
            {
                int* pntr = nullptr;
                *pntr = 25;     
                break;
            }
            case 6:
                cout << "Exiting the program." << endl;
                return 0;
            default:
                cout << "Invalid choice. Try again.\n";
        }
    }
    return 0;
}

编译并运行

输出

Choose a signal to raise which displayed below:
1. SIGINT (Ctrl+C simulation)
2. SIGILL (Illegal Instruction)
3. SIGALRM (Timer Alarm)
4. SIGFPE (Division by Zero)
5. SIGSEGV (Invalid Memory Access)
6. Exit out of the program.
Enter your choice which is from 1 to 6: 1
Interrupt is handled and the Signal number is: 2

Choose a signal to raise which displayed below:
1. SIGINT (Ctrl+C simulation)
2. SIGILL (Illegal Instruction)
3. SIGALRM (Timer Alarm)
4. SIGFPE (Division by Zero)
5. SIGSEGV (Invalid Memory Access)
6. Exit out of the program.
Enter your choice which is from 1 to 6: 2
Interrupt is handled and the Signal number is: 4

Choose a signal to raise which displayed below:
1. SIGINT (Ctrl+C simulation)
2. SIGILL (Illegal Instruction)
3. SIGALRM (Timer Alarm)
4. SIGFPE (Division by Zero)
5. SIGSEGV (Invalid Memory Access)
6. Exit out of the program.
Enter your choice which is from 1 to 6: 3
Interrupt is handled and the Signal number is: 14

Choose a signal to raise which displayed below:
1. SIGINT (Ctrl+C simulation)
2. SIGILL (Illegal Instruction)
3. SIGALRM (Timer Alarm)
4. SIGFPE (Division by Zero)
5. SIGSEGV (Invalid Memory Access)
6. Exit out of the program.
Enter your choice which is from 1 to 6: 6
Exiting the program.

说明

在此示例中，我们为五个不同的信号注册了自定义处理程序，并且菜单驱动循环允许用户手动引发信号，例如 SIGINT、SIGILL、SIGALRM、SIGFPE 和 SIGSEGV。根据用户的偏好，每个信号都会被有目的地触发，并且处理程序会打印信号编号，而不是终止程序，除非发生致命错误。

kill() 函数

与只影响当前进程的 raise() 函数不同，kill() 函数可以向任何进程（包括当前进程）发送信号，只要我们有权限。

语法

它具有以下语法：

pid: 目标进程的进程 ID。
成功返回 0，失败返回 -1。

C++ kill() 函数示例

让我们看一个示例来说明 C++ 中的 kill() 函数。

示例

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>
using namespace std;  //using standard namespace

void Handle_Signal(int s)
{
    cout << "Signal received: " << s << endl;
}
int main()  //main function
{
    signal(SIGINT, Handle_Signal);
    pid_t pid = getpid();
    kill(pid, SIGINT);
    return 0;
}

编译并运行

输出

Signal received: 2

说明

在此示例中，我们利用 kill() 函数向其自己的进程（由 getpid() 返回的进程 ID 标识）传递 SIGINT 信号。发送信号时，调用自定义处理程序 Handle_Signal，该处理程序在控制台上显示信号编号。

结论

总之，C++ 中的信号处理使程序能够响应意外的运行时事件，例如中断或终止请求。如果使用 signal() 函数并定义信号处理函数，我们可以拦截和管理信号，例如 SIGINT 或 SIGTERM。它有助于提高程序的健壮性，确保在异常情况下更安全的关闭和受控行为。总的来说，信号处理在系统编程和资源关键型应用程序中特别有价值。

C++ 信号处理常见问题解答

1) 当用户按下 Ctrl + C 时使用什么信号？

当用户在终端中按下 Ctrl + C 时，会发送 SIGINT 信号。

2) 程序可以忽略信号吗？

是的，程序可以通过使用 signal() 函数将其处理程序设置为 SIG_IGN 来忽略信号。

3) C++ 中哪些信号不能被捕获、阻塞或忽略？

不，程序不能捕获、阻塞或忽略 SIGKILL 和 SIGSTOP 信号。

4) C++ 中 raise() 函数的目的是什么？

在 C++ 中，raise() 函数用于在运行进程中手动生成信号。

5) 什么函数使用其进程 ID 将信号发送到另一个进程？

在 C++ 中，kill() 函数用于通过引用其 PID 将信号传递给特定进程。

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C++ 信号处理

捕获和处理信号

C++ 简单信号处理示例

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C++ 中常用信号及其用途

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使用 signal() 函数处理信号的方法

C++ 信号处理示例

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kill() 函数

C++ kill() 函数示例

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