c语言安全分析（一）——字符串（1）

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介绍

嗨，我是艾丽卡，很高兴和你聊聊C语言中的字符串和数组。想象一下，字符串就像一列小火车，每个车厢代表一个字符，而最后一个特别的车厢——空字符

'\0'

——告诉我们火车到站了，也就是字符串的结束。

1. 界限（Bound）：- 这就像数火车车厢的数量，包括那个告诉我们火车结束的特别的车厢。
2. 低位地址（Lo）：- 这是火车队列的第一个车厢的地址，也就是字符串的第一个字符。
3. 高位地址（Hi）：- 这是最后一个车厢的地址，也就是空字符的地址。
4. TooFar：- 这就像是火车队列结束后，我们再往前多走一步的位置。虽然我们可以指向那里，但是如果真的去那里，就会超出火车的范围，导致未定义行为。
5. 目标大小（Tsize）：- 这就像测量整个火车队列占用的轨道长度，也就是整个字符串包括空字符在内的总字节数。
6. 空字符结尾（Null-terminated）：- 这表示我们的火车队列总是以那个特别的车厢结束，这样我们就知道火车什么时候到站。
7. 长度（Length）：- 这是计算火车车厢数量的方法，但不包括那个特别的结束车厢。

处理字符串时，我们得像列车长一样小心翼翼，确保不会让火车出轨，也就是说，要确保我们的代码不会越界，不会溢出缓冲区，这样才能保证我们的程序既安全又稳定。

一、\0 NULL false

在C语言中，

sizeof

运算符用于获取一个变量或类型在内存中所占的字节数。对于数组，

sizeof(array)

会返回整个数组所占的字节数，包括数组中的所有元素。

当你有一个数组时，比如

char str[] = "hello";

，

sizeof(str)

会返回字符串 “hello” 所占的字节数，包括最后的空字符（null terminator）

\0

。这是因为在C语言中，字符串是以空字符结尾的字符数组。

C标准确实允许创建指向数组末尾元素之后加1位置的指针。这意味着你可以有一个指针指向数组的最后一个元素之后的位置，但这个位置实际上是数组的“边界之外”。例如：

char str[]="hello";char*ptr = str +sizeof(str)/sizeof(str[0]);

在这个例子中，

ptr

指向的是数组

str

的末尾元素之后的位置，也就是数组的“边界之外”。这个指针是合法的，因为它没有越界，它只是指向了数组末尾元素之后的一个位置。但是，你不能对这个位置进行解引用操作，因为这样做会产生未定义行为，即程序可能会崩溃或者产生不可预测的结果。

在处理字符串时，这个特性可以用来遍历字符串直到遇到空字符。例如，下面的代码可以用来计算字符串的长度：

char str[]="hello";char*ptr = str;while(*ptr){
    ptr++;}int length = ptr - str;

在这个例子中，

ptr

会遍历字符串直到遇到空字符，然后计算出字符串的长度。但是，一旦

ptr

指向了空字符，就不应该再进行解引用操作，因为那会导致未定义行为

#include<stdio.h>intmain(){char str[]="hello";// 包含空字符的字符串char*ptr = str;// 指向字符串的开始// 遍历字符串直到遇到空字符while(*ptr){
        ptr++;// 移动指针但不解引用TooFar位置}// 此时ptr指向TooFar位置，即空字符之后的位置// 我们不应该解引用ptr，因为它指向的是未定义的内存区域// 计算字符串的长度（不包括空字符）int length = ptr - str;printf("The length of the string is: %d\n", length);return0;}

The length of the string is: 5

好奇的是为什么程序while会停止
我们尝试传入\0

#include<stdio.h>intmain(){char str[]="hello";// 包含空字符的字符串char*ptr = str;// 指向字符串的开始// 遍历字符串直到遇到空字符// while (*ptr) {//     ptr++; // 移动指针但不解引用TooFar位置// }while('\0'){
        ptr++;// 移动指针但不解引用TooFar位置}// 此时ptr指向TooFar位置，即空字符之后的位置// 我们不应该解引用ptr，因为它指向的是未定义的内存区域// 计算字符串的长度（不包括空字符）int length = ptr - str;printf("The length of the string is: %d\n", length);return0;}

he length of the string is: 0

可以看出\0可以终止while，而false也可以。

while(false){
        ptr++;// 移动指针但不解引用TooFar位置}
#

1. \0（空字符）：- \0 是一个字符常量，代表ASCII码中的空字符，其整数值是0。在C语言中，字符串以空字符 \0 结尾，这是字符串结束的标志。当 \0 用作条件表达式时，它的值是0，因此在布尔上下文中被视为 false。
2. **false**：- false 是C语言中的一个布尔值，代表逻辑假。在C99及以后的标准中，bool 类型被引入，其中 false 是预定义的布尔值，其值为0。

尽管

\0

和

false

在整数值上都是0，并且在布尔上下文中都被视为

false

，但它们在语义上是不同的。

\0

用于表示字符串的结束，而

false

用于表示布尔逻辑中的假值。

在C语言中，

NULL

是一个宏，它被定义为一个空指针常量。它的值通常是

(void *)0

，即一个指向

void

类型的指针，其值为0。

NULL

用于表示一个空（或无效）的指针。

当

NULL

被用在

while

循环的条件中时，它的值实际上是一个指针，而不是一个整数。在C语言中，任何非零值在布尔上下文中都被视为

true

，而零值（包括

NULL

指针）被视为

false

。因此，

while (NULL)

这个条件会被评估为

false

，循环体不会被执行。

这里是一个例子：

#include<stdio.h>intmain(){while(NULL){printf("This will not be printed.\n");}return0;}

在这个程序中，

while

循环的条件是

NULL

，因此条件评估为

false

，循环内部的

printf

语句不会被执行。

总结来说，

NULL

在布尔上下文中被视为

false

，因为它的值是零。这与

\0

（空字符）和

false

（布尔假值）在布尔上下文中的表现是一致的，尽管它们在类型和用途上有所不同。

二，Toofar

在C语言中，越界解引用是指访问数组或字符串超出其有效范围的内存位置。这通常是不安全的，因为它可能导致未定义行为，包括程序崩溃、数据损坏或安全漏洞。下面是一个越界解引用的例子：

#include<stdio.h>intmain(){char str[]="hello";// 字符串字面值，包含空字符'\0'// 故意越界解引用printf("%c\n", str[sizeof(str)/sizeof(str[0])]);// 这将打印空字符'\0'// 越界解引用printf("%c\n", str[sizeof(str)/sizeof(str[0])+1]);// 这将尝试访问空字符之后的内存return0;}

0
□

在这个例子中，

str

是一个字符数组，它包含了字符串 “hello” 和一个空字符

\0

。

sizeof(str) / sizeof(str[0])

计算得到的是数组中的元素数量，不包括空字符。因此，

str[sizeof(str) / sizeof(str[0])]

是访问数组中最后一个元素（即空字符）的有效操作。

然而，

str[sizeof(str) / sizeof(str[0]) + 1]

尝试访问空字符之后的内存位置，这是一个越界解引用。这个操作是未定义的，因为它访问了数组分配的内存之外的区域。在某些系统和编译器上，这可能导致程序崩溃或不可预测的行为。

越界解引用是编程中应该避免的错误，因为它可能导致严重的安全问题。正确的做法是总是确保在访问数组或字符串时不会超出其界限。在实际编程中，应该使用循环或其他控制结构来确保不会越界，或者使用安全的字符串处理函数，如

strncpy

、

snprintf

等，它们可以帮助防止缓冲区溢出和越界错误。