如何使用Newlib实现write()、_write()或_write_r()函数？

Question

我正在尝试在ARM GCC工具链环境下为STM32F411RET微控制器重新定位printf()函数，该环境使用Newlib作为标准C库。

当我搜索如何重新定位printf()时，许多人说我需要实现_write()或_write_r()。似乎两者都能工作。

但是我仍然有一些问题：

1. 当我查看Newlib文档时，它说我可以实现write()以输出文件，但这似乎不起作用。看起来我们可以实现_write()，但是文档中从未提到过这个函数。 write()发生了什么？下划线有什么不同吗？

2. 在什么情况下，_write_r()优于_wirte()？我不理解C语言中的可重入性概念。有什么例子吗？

感谢阅读。

- Bumsik Kim

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由于标准C没有定义“write”函数，符合规范的程序允许定义自己的函数（或变量）命名为“write”，而不会改变“printf”的行为。这意味着“printf”不能使用名为“write”的函数，它必须使用名称与符合规范的程序不允许使用的函数相同，比如说“_write”。 - Ross Ridge

write()函数和open()函数是标准的POSIX类型函数，可在此之间进行配合使用。特殊文件号码0、1、2对应stdin、stdout、stderr（通常如此）。对于newlib中的这些特殊文件，您需要编写实现，并且如果文件号码>2，则必须以某种方式进行索引。也就是说，open()函数将指定要写入的目标文件并返回一个文件号码>2。用户代码不应依赖这些值。但是，实现者需要定义一些内容。 - artless noise

这不是对你问题的直接回答，但是这个printf.c实现非常容易移植到微控制器。我已经使用它多次，并且从未遇到任何问题，除了一个注意事项：某些编译器会将printf优化为puts，并在此过程中破坏一切。在这种情况下，您可以实现puts或将printf重命名为其他名称。 - Brian McFarland

Pinetwig在下面给出了一个很好的回答。我想要强调的一个重要点是："open()"、"write()"等函数通常只是对底层系统调用的简单封装。与"printf()"不同（它是完全实现在C库中的复杂代码），"write()"通常只是一个最小的C接口到操作系统。我不确定你是否想要去改变它... - paulsm4

PS：这里有一个关于“可重入”的好讨论。需要注意的是，“可重入”与“线程安全”密切相关，但它们并不相同。例如，一个子例程可能会调用它自己（或调用一个嵌套函数，该函数反过来再次调用它），如果它维护任何“静态”数据，则会发生糟糕的事情。一个很好的例子是"strtok()"，它既不是线程安全的也不是可重入的。 - paulsm4

Answer 1

对于第一个问题，这是因为Newlib希望通过在名称前添加下划线来避免名称冲突（“命名空间清洁版本”）。另请参见C编译器为什么在外部名称前加下划线？

对于第二个问题，请参见C中的可重入性和可重入函数？。如果您的板上有多个线程可以调用newlib函数，则需要使用可重入系统调用的版本。如果中断处理程序可以调用newlib函数，则还需要使用可重入系统调用。但是，在单线程应用程序中使用可重入系统调用也完全没有问题。

例如，如果您在多线程应用程序中使用非可重入系统调用，则只有一个全局errno标志。如果两个或更多线程中发生错误，则全局errno值可能会被覆盖。在可重入系统调用中，每个线程都有自己的errno标志（在_reent-struct中 - 请参见此处以获取实现）。因此，每个线程都可以检查和处理自己的错误。

注意：您必须重新编译newlib以选择要使用的系统调用模型。请参见http://www.embecosm.com/appnotes/ean9/ean9-howto-newlib-1.0.html#sec_configure_host。

- Pinetwig