c语言安全分析（一）——字符串（1）

文章目录

• 介绍
• [一、\0 NULL false](#一、\0 NULL false)
• 二，Toofar

---

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>
int main() {
    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);

    return 0;
}

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>

int main() {
    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);

    return 0;
}

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>

int main() {
    while (NULL) {
        printf("This will not be printed.\n");
    }
    return 0;
}

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>

int main() {
    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

    return 0;
}

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。

---