C语言 <signal.h> 标准库详解
信号处理机制通俗解读与实用指南
什么是信号？
信号（Signal）是操作系统内核用来通知进程发生了某种事件的机制。可以把信号想象成手机的来电通知：
🎯 场景1：当你按下 Ctrl+C 时，终端程序会收到一个 SIGINT 信号（就像手机接到电话）
🎯 场景2：程序访问无效内存地址时，系统会发送 SIGSEGV 信号（就像手机收到电池过热的警告）
🎯 场景3：当一个子进程结束时，内核会向父进程发送 SIGCHLD 信号（就像手机收到短信通知）
信号是软件中断的一种形式，允许进程中断当前执行流程来处理特定事件。
<signal.h>的功能
这个头文件提供了信号处理所需的函数、类型和常量，主要包括：
- 定义信号类型：如 SIGINT、SIGSEGV 等
- 注册信号处理函数：告诉系统当特定信号到来时应该执行什么操作
- 发送信号：允许进程向自己或其他进程发送信号
- 阻塞信号：暂时阻止某些信号被接收
信号处理的哲学
信号处理就像消防演习 – 平时定义好应对突发事件的方案（信号处理函数），当警报响起（信号到来）时，程序会暂停当前工作，执行预定方案，完成后继续原来的任务。
常用信号类型
| 信号名称 | 默认操作 | 触发场景 | 数值 |
|---|---|---|---|
| SIGINT | 终止进程 | 用户按下中断键（Ctrl+C） | 2 |
| SIGQUIT | 终止+核心转储 | 用户按下退出键（Ctrl+\） | 3 |
| SIGKILL | 终止进程 | 强制杀死进程（无法捕获或忽略） | 9 |
| SIGSEGV | 终止+核心转储 | 无效内存访问（段错误） | 11 |
| SIGTERM | 终止进程 | 优雅终止进程（系统关机时常用） | 15 |
| SIGALRM | 终止进程 | 定时器超时（闹钟信号） | 14 |
| SIGCHLD | 忽略 | 子进程状态改变 | 17 |
注册信号处理函数
使用 signal() 函数告诉系统：”当某个信号出现时，请执行我指定的函数”。
函数原型
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);
这个看起来复杂的声明可以理解为：
signal(信号编号, 处理函数) -> 返回原来的处理函数
参数说明
sig：要处理的信号（如 SIGINT）func：信号处理函数指针，也可以是特殊值：SIG_IGN：忽略该信号SIG_DFL：恢复默认处理
示例：捕获SIGINT信号
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
// 信号处理函数
void sigint_handler(int sig) {
printf("\n接收到SIGINT信号(%d)! 但我不退出，按Ctrl+\\退出程序\n", sig);
}
int main() {
// 注册SIGINT信号处理函数
signal(SIGINT, sigint_handler);
printf("按Ctrl+C试试...\n");
while(1) {
// 无限循环，等待信号
}
return 0;
}
运行效果：按Ctrl+C不会终止程序，而是执行自定义操作
发送信号
可以使用 raise() 函数向当前进程发送信号：
函数原型
int raise(int sig);
示例：给自己发送信号
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void alarm_handler(int sig) {
printf("叮铃铃! 闹钟响了 (SIGALRM)\n");
}
int main() {
signal(SIGALRM, alarm_handler);
printf("设置3秒后闹钟...\n");
// 3秒后发送SIGALRM信号
alarm(3);
printf("等待闹钟响起...\n");
pause(); // 暂停直到收到信号
return 0;
}
输出：3秒后打印”叮铃铃! 闹钟响了 (SIGALRM)”
注意：
kill()函数可以向其他进程发送信号，但需要知道目标进程ID(PID)，使用时需谨慎。
信号处理的重要注意事项
1. 异步执行风险
信号处理函数可能在程序运行的任何时刻被调用（异步执行），因此在处理函数中应避免调用不可重入函数（如printf、malloc等）。
2. 信号处理函数的限制
信号处理函数应该尽量简单，只设置标志位或执行简单操作。复杂操作应在主循环中处理。
3. 无法捕获的信号
SIGKILL(9) 和 SIGSTOP(19) 信号无法被捕获、阻塞或忽略，它们总是立即终止或暂停进程。
4. 信号处理函数重置
某些系统在信号处理函数执行后，会将该信号的处理方式重置为默认行为。为避免这种情况，可以在处理函数中重新注册。
5. 全局变量与volatile
在信号处理函数和主程序之间共享的变量应声明为volatile，防止编译器优化导致意外结果。