在更改数组内容时通过位于数组中的指针调用函数

Question

我有一个函数会遍历函数指针数组，并按顺序调用这些函数中的每个函数。

如果在此过程中更改函数指针数组的内容会发生什么？函数调用是否可以被认为是足够原子的，以确保没有任何意外事件发生，或者必须注意不要改变函数指针，例如在堆栈上进行推送？

下面的一些示例（伪）代码。 init（）在启动时运行一次，并且callFunctions（）定期运行，例如每秒一次。然后changeFunctions（）出现并更改functionPtrArray []的内容。这可能发生在任何时间点，因为代码是在不同的进程中运行的，就像环境一样的操作系统。

void (*functionPtrArray[3]) (void); 

void init(void) 
{ 
    functionPtrArray[0] = function1; 
    functionPtrArray[1] = function2; 
    functionPtrArray[2] = function3; 
} 

void callFunctions(void) 
{ 
    for (i = 0; i < 3; i++) 
    { 
     *functionPtrArray[i](); 
    } 
} 

void changeFunctions(void) 
{ 
    functionPtrArray[0] = newFunction1; 
    functionPtrArray[1] = newFunction2; 
    functionPtrArray[2] = newFunction3; 
} 

Answer 1

编辑：我太长时间和伦丁捷足先登：https://stackoverflow.com/a/42201493/5592711

重要的一点：调用C中的函数归结为跳转，所以当程序执行该函数时，更改用于进行函数调用的假设指针不会改变程序流程的任何内容，因为指令指针已经在函数中。

例如，在此片段中some_function()将会正常执行并且不会受到ptr修改的影响。

void(*ptr)(void) = &some_function; 
(*ptr)(); 
// ... in another thread, while 'some_function()' is executing 
ptr = &other_function; 

但是，你在这里提出了一个重要问题，因为内存操作不是原子，某个线程可以修改functionPtrArray[0]元素，而另一个线程正在读它，这将导致它跳转到一些垃圾地址，会导致你的程序失败，就像这个假设的例子。

为确保线程之间的同步，您可以使用mutexes，例如使用pthread库（您可以自己Google，您将找到大量信息）。

在您的例子，使用这种同步可能看起来像：

// You can use static mutex initialization 
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 

void callFunctions(void) 
{ 
    pthread_mutex_lock(&mutex); 
    for (i = 0; i < 3; i++) 
    { 
     *functionPtrArray[i](); 
    } 
    pthread_mutex_unlock(&mutex); 
} 

void changeFunctions(void) 
{ 
    pthread_mutex_lock(&mutex); 
    functionPtrArray[0] = newFunction1; 
    functionPtrArray[1] = newFunction2; 
    functionPtrArray[2] = newFunction3; 
    pthread_mutex_unlock(&mutex); 
} 

这种方式，修改您的函数指针阵列和执行的功能是相互排他的任务。 你应该知道，这个例子有几个限制：

1. 全功能的执行过程中，互斥被锁定（即是不需要的，你可以将其锁定读函数指针，解锁，然后执行它们）
2. 函数必须不是自己调用changeFunctions，否则你最终会陷入僵局。

Answer 2

callFunctions（）被周期性地运行，说一旦每个第二。然后changeFunctions（）出现并更改functionPtrArray []的内容。这可能发生在任何时间点，因为代码是在不同的进程中运行的，就像环境一样的操作系统。

从你的描述，很明显，functionPtrArray阵列被修改，并且在其为data race一个unsychronized方式4BY多于一个的线程/进程（ES）进行访问。 所以，你需要提供同步或其他方式。

Answer 3

对于多线程场景中的任何变量，情况都是如此。不，它们不能被视为原子，除非您使用C11中的_Atomic限定符。

有许多情况下，函数指针的读取不会是原子的。具有16位地址的8位CPU就是一个例子。其中一些体系结构有一条指令来确保16位索引寄存器的安全，不可中断处理，而另一些则没有。另一个例子是支持超出默认地址总线宽度（银行业务，“远指针”）的扩展内存的任何架构。

如代码所示，函数指针数组一定不能被另一个线程/进程/ ISR /回调改变，否则就会出现竞态条件错误。你必须通过信号/互斥/临界区保护对阵列的访问。

由于函数调用可能会占用一些执行时间，所以您不希望在执行过程中阻止所有其他线程。这可能是最好的向下函数指针本地复制，因为在这个伪代码：

void callFunctions(void) 
{ 
    for (i = 0; i < 3; i++) 
    { 
    void(*local)(void); 

    grab_mutex(); 
     local = functionPtrArray[i]; 
    release_mutex(); 

    local(); // call is completely thread-safe 
    } 
}