C语言陷阱与技巧第6节，代码封装为函数就不可用了？

在C语言程序开发中，如果某个函数需要阻塞等待某些信息，最好将其加上超时限制，否则该函数可能会“无限等待”，将整个线程卡死，这一点上一节已经通过实例较为详细的讨论。但是C语言并没有提供“超时”语法，需要C语言程序员自己实现一套“超时”机制。

避免“繁琐”的代码，小明的困惑

不过，C语言中的“超时”机制并不难实现，上一节利用 usleep() 函数就建立了一套非常简易的“超时”功能，相关的C语言代码这里再写一次，请看：

long otime = get_cur_ms();
while( !ready && get_cur_ms()-otime < 5000)
       usleep(100);
if(get_cur_ms()-otime >= 5000)
    printf("time out\n");
// get_cur_ms() 函数可以获取当前时间毫秒数

上述C语言代码将阻塞等待 ready 位，但是并不会无限等待下去，而是最多等待 5000ms（即 5 秒）。这么处理虽然比较粗糙，但是的确能够解决“无限等待”问题，只不过仅仅等待一个 ready 位就需要写 3 行代码，如果需要做“超时”处理的地方比较多，整个C语言代码看起来就显得非常啰嗦了。

要是算上“超时”判断语句 if(get_cur_ms()-otime >= 5000)的话，就需要至少 4 行代码了。

程序员小明想到了将上面略微繁琐的“超时”C语言代码封装成函数，他想：封装后，以后若是想使用“超时”功能的话，只需一行函数调用就可以了，于是写出了类似下面这样的C语言代码：

int cond_timeout(int cond, long timeout)
{
    long otime = get_cur_ms();
    while( !cond && get_cur_ms()-otime < timeout)
           usleep(100);
    if(get_cur_ms()-otime >= timeout)
        return 1;
    else
        return 0;
}

小明定义的 cond_timeout() 函数接收两个参数：cond 参数表示需要等待的条件，timeout 参数表示最多等待的时间（单位ms）。如果在 timeout 时间内 cond 条件仍然没有成立，则 cond_timeout() 函数返回 1 表示“等待 cond 已超时”，否则返回 0 表示“成功等待到了 cond 条件”。

定义好 cond_timeout() 函数后，小明将上一节等待 ready 位的“超时”C语言代码：

long otime = get_cur_ms();
while( !ready && get_cur_ms()-otime < 5000)
       usleep(100);
if(get_cur_ms()-otime >= 5000)
    printf("time out\n");

if(cond_timeout(ready, 5000))
         printf("timeout\n");

修改后的C语言代码的确更加简洁了，但是好用吗？我们编译这段代码并执行：

# gcc t.c -lpthread
# ./a.out 
timeout
exit

奇怪，thread() 线程函数明明在 2 秒后就将 ready 置位了，怎么还是输出了 “time out”呢？小明对此困惑不已。

“小明的困惑”解析

其实小明遇到的问题很像脑筋急转弯，如果读者和小明一样感到困惑，一定是因为“没反应过来”。cond_timeout() 函数没有像小明的预期一样工作的原因很简单：cond 参数只是 cond_timeout() 函数被调用的时候的状态，之后线程函数 thread() 无论如何修改 ready，也不会影响到 cont_timeout() 函数里的 cond。

那上面的“超时”C语言代码就不能封装，想用时，就只能一行一行写了？当然不是，将“超时”代码封装为函数不合适，还可以封装成宏：

 #define cond_timeout(__cond, __timeout) \
 ({                                  \
     long __mtime = get_cur_ms();        \
     while( !(__cond) ){                 \
         usleep(200);                \
         if(get_cur_ms()-__mtime >= __timeout) \
             break;  \
     }                   \
     (!(__cond));            \
})

上面这段C语言代码比较简单，值得说明的一个小技巧是将 {} 放入 ()，如此一来，整个 cond_timeout 宏就相当于一条语句，这是 Linux 内核中相当常用的宏定义方法。

cond_timeout 宏 __cond 条件成立，或者等待__cond 条件成立时间超过__timeout，都会到达 (!(__cond))这一行 此时：

cond_timeout(cond, timeout)
// 就相当于
!cond

显然，如果这时 cond 成立了，cond_timeout 宏返回的就是 0 表示“等待 cond 条件没有超时”，否则 cond_timeout 宏返回 1 表示“未能等到 cond 条件成立，超时了”。

现在再将 cond_timeout 写入 main 函数，测试其是否可以正常工作，修改后的C语言代码如下，请看：

编译并执行这段C语言代码，得到如下结果：

# gcc t.c -lpthread
# ./a.out 
exit

因为 thread() 函数 2 秒后将 ready 置位了，所以 cond_timeout 宏没有返回超时。现在将 thread() 函数里的 sleep(2) 改为 sleep(6)，相关C语言代码如下，请看：

void *thread(void *p)
{
     sleep(6);      // 修改为睡眠 6 秒
     ready = 1;
     return NULL;
 }

编译并执行修改后的C语言代码，得到如下结果：

# gcc t.c -lpthread
# ./a.out 
timeout
exit

一切与预期一致。

从本节可以看出，define 宏定义有时可以做到函数无法做到的事情。其实想想也能够明白，define 宏定义只是将C语言代码暂时“打包”，如果宏被调用，编译器就将包裹展开，这么看来，define 宏定义实际上只是将若干行代码取了一个名字而已。我们使用 gcc -E 命令获取编译器预处理后的C语言代码：

# gcc -E t.c

得到如下结果：

能够看出，define 宏定义 cond_timeout 本身并没有生成相关的预处理代码，反而在其被调用的地方，编译器将宏的代码直接展开了，这一点和函数是不同的。