什么是 C 中的繁忙循环？

Question

我正在研究如何用 C 编写一个 shell，并且我遇到了一种方法来使用“在实现等待命令时围绕睡眠函数的忙循环”。在循环中，使用了while(1) 循环。我想无条件循环，因此占用一些处理时间和空间？繁忙循环的目的究竟是什么？另外，如果惰性循环中的唯一目标是有一个无条件循环，那么我们就不能使用任何其他形式的循环，例如 for(;;) 而不是 while(1) 吗？

Answer 1

繁忙的循环是故意浪费时间等待某事发生的循环。通常，您会不惜一切代价避免繁忙的循环，因为它们会消耗 CPU 时间，因此会浪费资源，但在极少数情况下可能需要它们。

其中一种情况确实是当您需要长时间睡眠并且您安装了可能会中断睡眠的信号处理程序之类的东西时。然而，“睡眠繁忙循环”根本算不上是繁忙循环，因为几乎所有时间都花在了睡眠上。

您可以使用您喜欢的任何循环构造来构建繁忙循环，毕竟for、while、do ... while 和 goto 在 C 中都是可互换的构造，只要有适当的控制代码。

这是一个使用clock_nanosleep的例子：

// I want to sleep for 10 seconds, but I cannot do it just with a single
// syscall as it might get interrupted, I need to continue requesting to
// sleep untill the entire 10 seconds have elapsed.

struct timespec requested = { .tv_sec = 10, .tv_nsec = 0 };
struct timespec remaining;
int err;
 
for (;;) {
    err = clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, 0, &requested, &remaining);
    
    if (err == 0) {
        // We're done sleeping
        break;
    }

    if (err != EINTR) {
        // Some error occurred, check the value of err
        // Handle err somehow
        break;
    }
        
    // err == EINTR, we did not finish sleeping all the requested time
    // Just keep going...
    requested = remaining;
}

实际的繁忙循环如下所示，其中var 应该是由其他人（例如另一个线程）设置的某种原子变量：

while (var != 1);

// or equivalent

while (1) {
    if (var == 1)
        break;
}

不用说，这是您想要避免的那种循环，因为它会不断检查是否存在浪费 CPU 的条件。更好的实现是使用信号、pthread 条件变量、信号量等。通常有很多不同的方法可以避免忙循环。

最后，请注意，在上述情况下，正如 @einpoklum 在 cmets 中所说，编译器可能会通过放弃对 var 的检查来“优化”整个循环体，除非它知道它可能会改变. volatile 限定符可以提供帮助，但它确实取决于场景，不要把上面的代码当作一个愚蠢的例子。