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C/C++使用過程中的溢出問題詳解

 更新時間：2024年01月08日 11:58:40   作者：嵌入式學習菌  
在C/C++程序里有一類非常典型的問題,那就是：溢出問題,現(xiàn)在分別來分析一下常見的數(shù)組溢出,整數(shù)溢出,緩沖區(qū)溢出,棧溢出和指針溢出等,需要的朋友可以參考下

內(nèi)容：在C/C++程序里有一類非常典型的問題，那就是：溢出問題。現(xiàn)在分別來分析一下常見的數(shù)組溢出，整數(shù)溢出，緩沖區(qū)溢出，棧溢出和指針溢出等。

1、數(shù)組溢出

在C語言中，數(shù)組的元素下標是從0開始計算的，所以，對于n個元素的數(shù)組a[n]， 遍歷它的時候是a[0],a[1],...,a[n-1]，如果遍歷到a[n]，數(shù)組就溢出了。 

void print_array(int a[], int n)
{
    for (int i = 0; i < n; i++) 
    {
        a[i] = a[i+1];//當i = n-1時，就發(fā)生了數(shù)組越界
        printf(“%d\n”, a[i]);
    }
}

上面的循環(huán)判斷應該改為：
for (int i = 0; i < n-1; i++)

2、整數(shù)溢出

整數(shù)的溢出分為下溢出和上溢出。比如，對于有符號的char(signed char)類型來說，它能表示的范圍為：[-128,127]之間；而對于無符號的char(unsigned char)來說， 它能表示的范圍為：[0,255]。

那么，對于下面的代碼：

signed char c1 = 127;
c1 = c1+1;//發(fā)生上溢出，c1的值將變?yōu)?128
signed char c2 = -128;
c2 = c2-1;//發(fā)生下溢出，c2的值將變?yōu)?27
unsigned char c3 = 255;
c3 = c3+1;//發(fā)生上溢出，c3的值將變?yōu)?
unsigned char c4 = 0;
c4 = c4-1;//發(fā)生下溢出，c4的值將變?yōu)?55

從上面的例子可以看出，當一個整數(shù)向上溢出，將會變?yōu)樽钚≈担蛳乱绯?，將會變?yōu)樽畲笾怠?/p>

來看下面的溢出代碼，該代碼負責提供一個小寫字母轉(zhuǎn)換表，但存在一個整數(shù)溢出問題：

void BuildToLowerTable( void ) /* ASCII版本*/
{
    unsigned char ch;
    /* 首先將每個字符置為它自己 */
    /*ch為unsigned char，無符號數(shù)，當ch值為UCHAR_MAX， ch++將會發(fā)生向上溢出，變?yōu)?，導致循環(huán)無法退出。*/
    for （ch=0; ch <= UCHAR_MAX;ch++）
        chToLower[ch] = ch;
    /* 將大寫字母改為小寫字母 */
    for( ch = ‘A'; ch <= ‘Z'; ch++ )
        chToLower[ch] = ch +'a' – ‘A';
}

該代碼負責在內(nèi)存中查找指定的字符ch，但也存在一個溢出問題

void * memchr( void *pv, unsigned char ch, size_t size )
{
    unsigned char *pch = (unsigned char *) pv;
    /*當size的值為0的時候，由于size是無符號整數(shù)，因此會發(fā)生下溢出，變?yōu)橐粋€最大的整數(shù) 循環(huán)也將無法退出*/ 
    while( -- size >=0 )
    {
        if( *pch == ch )
            return (pch );
        pch++;
    }
    return( NULL );
}

3、緩沖區(qū)溢出

緩沖區(qū)溢出一般是調(diào)用了一些不安全的字符串操作函數(shù)比如：strcpy，strcat等（這些字符串操作函數(shù)在拷貝或者修改目標位置的時候，并不判斷長度是否會超過目標緩存），或者設置參數(shù)超過了目標緩存能容納的大小而造成的溢出問題。

void func1(char* s)
{
    char buf[10];
    /*此時，buf只有10個字節(jié)，如果傳入的s超過10個字節(jié)，就會造成溢出*/
    strcpy(buf, s);
}
void func2(void)
{
    printf("Hacked by me.\n");
    exit(0);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    char badCode[] = "aaaabbbb2222cccc4444ffff";
    DWORD* pEIP = (DWORD*)&badCode[16];
    *pEIP = (DWORD)func2;
    /*badCode字符串超過了10個字節(jié)，傳遞給func1會造成棧上緩沖區(qū)溢出
    而且，由于badCode經(jīng)過精心構(gòu)造，在溢出的時候，根據(jù)函數(shù)的調(diào)用約定規(guī)則，會覆蓋棧上的返回地址，
    指向了func2。所以，在func1退出的時候，會直接調(diào)用func2
    */
    func1(badCode);
    return 0;
}

4、棧溢出

無論是內(nèi)核棧，還是應用層的棧，都是有一定大小限制的。如果在棧上分配的空間大于了這個限制，就會造成棧大小溢出，破壞棧上的數(shù)據(jù)。比如局部變量過多，或者遞歸調(diào)度嵌套太深都會造成棧溢出。比如：

int init_module(void)
{
    char buf[10000]; //buf[]分配在棧上，但10000的空間超過了棧的默認大小8KB。
    //所以發(fā)生溢出
    memset(buf,0,10000);
    printk("kernel stack.\n");
    return 0;
}
void cleanup_module(void)
{ 
    printk("goodbye.\n");
}
MODULE_LICENSE("GPL");
//應用棧的大小對少？內(nèi)核棧的大小多少？什么時候容易棧溢出？

5、指針溢出

一塊長度為size大小的內(nèi)存buffer，buffer的首地址為p，那么buffer最后一個字節(jié)的地址：
p+size-1，而不是p+size。如果寫成了p+size，就會造成溢出，比如下面的代碼：

void* memchr( void *pv, unsigned char ch, size_t size )
{
    unsigned char *pch = ( unsigned char * )pv;
    unsigned char *pchEnd = pch + size;
    while( pch < pchEnd )
    {
        if( *pch == ch )
            return ( pch );
        pch ++ ;
    }
    return( NULL );
}

上面的代碼用于查找內(nèi)存中特定的字符位置。對于其中的while（）循環(huán)，平時執(zhí)行似乎都沒有任何問題。但是，考慮一種特別情況，即pv所指的內(nèi)存位置為末尾若干字節(jié)，那么因為pchEnd = pch+size，所以pchEnd指向最后一個字符的下一個字節(jié)，將會超出內(nèi)存的范圍，即pchEnd所指的位置已經(jīng)不存在。
知道了問題所在，那么可以將內(nèi)存的結(jié)尾計算方式改為： 

pchEnd = pv + size – 1; 
while ( pch <= pchEnd ) 
{
        if( *pch == ch )
            return ( pch );
        pch ++ ;
}

pchEnd指向了最后一個字節(jié)。但是，檢查循環(huán)內(nèi)部的執(zhí)行情況可知，由于pch每增加到pchEnd+1時，都會發(fā)生上溢。因此，循環(huán)將無法退出。 于是，可以將程序修改為下面的代碼。將用size變量來控制循環(huán)的退出。這樣就不會存在任何問題了。

void *memchr( void *pv, unsigned char ch, size_t size )
{
    unsigned char *pch = ( unsigned char * )pv;
    while( size -- > 0 )
    {
        if( *pch == ch )
            return( pch );
        pch ++;
    }
    return( NULL );
}

大家知道，--size的效率一般比size--的效率高。那么是否可以將循環(huán)的判斷條件改為下面的語句呢？ 
while（ --size >= 0 ） 
…… 

實際上這是不行的。因為當size=0時，由于size是無符號數(shù)，那么它將發(fā)生下溢，變成了size所能表示的最大正數(shù)，循環(huán)也將無法退出。 

6、字符串溢出

我們已經(jīng)知道，字符串是'\0'結(jié)尾的。如果字符串結(jié)尾忘記帶上'\0'，那么就溢出了。注意，strlen(p)計算的是字符串中有效的字符數(shù)（不含’\0’）?？疾煜旅婵截愖址拇a，看看有什么問題沒呢？

char *str = “Hello, how are you!”;

char *strbak = (char *)malloc(strlen(str));

if (NULL == strbak)

{

//處理內(nèi)存分配失敗，返回錯誤

}

strcpy(strbak, str);

顯然，由于strlen()計算的不是str的實際長度（即不包含’\0’字符的計算），所以strbak沒有結(jié)束符’\0’，而在C語言中，’\0’是字符串的結(jié)束標志，所以是必須加上的，否則會造成字符串的溢出。所以上面的代碼應該是：

char *str = “Hello, how are you!”;

char *strbak = (char *)malloc(strlen(str)+1);

if (NULL == strbak)

{

    //內(nèi)存分配失敗，返回錯誤

}

strcpy(strbak, str);

到此這篇關(guān)于C/C++使用過程中的溢出問題詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C/C++溢出問題內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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