你必须知道的指针基础-4.sizeof计算数组长度与strcpy的安全性问题

Edison Zhou

发布于 2018-08-20 16:12:55

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发布于 2018-08-20 16:12:55

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一、使用sizeof计算数组长度

1.1 sizeof的基本使用

　　如果在作用域内，变量以数组形式声明，则可以使用sizeof求数组大小，下面一段代码展示了如何使用sizeof：

    int nums[] = {11,22,33,44,55,66};
    int i;
    // sizeof(nums) 计算nums数组的总字节数
    // sizeof(int) 计算int类型所占用的字节数
    int length = sizeof(nums)/sizeof(int);
    for(i=0;i<length;i++)
    {
        printf("%d ",nums[i]);
    }

　　其中sizeof(nums)代表计算nums数组的总字节数，而sizeof(int)则代表计算int类型所占用的字节数（32位系统下是4个字节，64位下可能不同，因此这里使用sizeof(int)可以向程序员屏蔽这个差异），运行结果为：

1.2 sizeof只能在编译时计算

　　假如我们将上面的代码做一个抽象，将数组的遍历及打印封装为一个方法，代码如下：

void printEach(int* nums)
{
    // sizeof(nums)在这里是计算指针的字节数
    int length = sizeof(nums)/sizeof(int);
    printf("The length of nums is %d\n",length);
    int i;
    for(i=0;i<length;i++)
    {
        printf("%d ",nums[i]);
    }
}

　　我们定义了一个printEach方法，其参数是一个指针，在方法内部通过sizeof计算数组长度。但是，运行结果并没有同上面的结果一致：

　　我们发现，虽然我们使用了指针，但由于sizeof是编译器在编译的时候计算的，无法动态计算。因此对于int *或者将数组传递给函数，那么就无法使用sizeof获取大小了。即使函数声明中写着int[]也不行（为了避免误解，不要在参数中声明数组类型）。这里，sizeof(nums)只是计算了指针的字节数（这里指针指向了数组的首元素的地址，一个int占4个字节，所以最后length变成了1）。

　　那么，为了避免出现无法计算长度的情况，我们一般都会在方法定义时增加一个长度的参数，让调用者传递过来，函数内部不再计算长度。看看如下的代码：

void printEachWithLen(int* nums,int length)
{
    int i;
    for(i=0;i<length;i++)
    {
        printf("%d ",nums[i]);
    }
}

　　这时候，我们就可以在main函数中调用该printEachWithLen()函数：

int length = sizeof(nums)/sizeof(int);
printEachWithLen(nums,length);

　　这下看看结果：

　　因此，一般给函数传递数组/字符串的时候都要求额外传递“长度”参数，因为函数内部也不知道“有多长”。例如：memcpy(void * restrict, const void * restrict, size_t)，第三个参数size_t就是长度。又例如在.NET中，要进行数组的复制，可以使用 Array.Copy 、Buffer.BlockCopy 、Array.ConstrainedCopy等方法，通过查看其方法定义，都要求传递了数组长度。

const int INT_SIZE = 4;
int[] arr = { 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 };
Buffer.BlockCopy(arr, 3 * INT_SIZE, arr, 0 * INT_SIZE, 4 * INT_SIZE);
foreach (int value in arr)
   Console.Write("{0}  ", value);
// The example displays the following output:
//  8  10  12  14  10  12  14  16  18  20

二、strcpy的安全性问题

2.1 使用strcpy复制字符串

　　一个简单的场景，将一个字符串复制到另一个字符串中，在C语言课本中，最长出现的就是strcpy了。我们可以轻易地写出下面的代码来实现字符串复制：

char sourceStr[] = "hello edison";
char destStr[30];
strcpy(destStr,sourceStr);
printf("%s",destStr);

　　运行结果如下图所示：

　　但是，我们常常听人说strcpy是不安全的函数，为什么呢？先看看strcpy内部的循环判断条件：

while ((*strDest++ = *strSrc++) != '\0')

　　这个循环会一直执行，直到循环条件为空，即'\0'，也就是说，如果strDest所指的存储空间不够大的话，这个函数会将strSrc中的部分内容拷贝到strDest所指内存空间后面的内存中。而strDest所指空间后面的内存却是不可知的，有可能已经被其他资源占用了，这样就会破坏原先存储的内容，导致系统崩溃。

　　因为strcpy在执行字符串拷贝的时候，会从strSrc所指位置开始，检测当前内存单元中存储的数据是否为'\0'。如果不为'\0'，则将这个内存单元中的数据拷贝到strDest所指向的内存中。如果strSrc中存储的字符串长度大于dst所申请的内存空间的话，就会产生越界，造成不可预知的后果。

PS：strlen根据'\0'判断字符串结束，那么恶意攻击者可以构造一个不包含'\0'的字符串，然后让数据写入数组之外的程序内存空间，从而进行破坏。

2.2 使用strncpy代替strcpy

　　（1）strncpy函数定义：

char *strncpy(char *dest, const char *src，int count)

　　将字符串src中的count个字符拷贝到字符串dest中去，最后返回指向dest的指针。

　　（2）strncpy用法解析：

　　这个函数和strcpy类似，当src的长度大于dst申请的空间的时候，情况和strcpy一样；

　　如果第3个参数count的值大于src中字符串的长度的话，就会将字符串src拷贝到dst中，返回函数。

　　注意：如果源串长度大于n，则strncpy不复制最后的'\0'结束符，所以是不安全的，复制完后需要手动添加字符串的结束符才行。

　　（3）strncpy用法实例：

char sourceStr[] = "hello edison";
char destStr[30];

int len = sizeof(sourceStr)/sizeof(char);
printf("%d\n",len);
strncpy(destStr,sourceStr,len-1);
// 保证安全的字符串复制
destStr[len-1]='\0';
printf("%s",destStr);

　　运行结果如下图所示：