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標題: C語言：數(shù)組越界與溢出 [打印本頁]

作者: XYDDD 時間: 2022-8-26 11:33
標題: C語言：數(shù)組越界與溢出
數(shù)組越界C語言數(shù)組是靜態(tài)的，不能自動擴容，當下標小于零或大于等于數(shù)組長度時，就發(fā)生了越界（Out Of Bounds），訪問到數(shù)組以外的內(nèi)存。如果下標小于零，就會發(fā)生下限越界（Off Normal Lower）；如果下標大于等于數(shù)組長度，就會發(fā)生上限越界（Off Normal Upper）。
C語言為了提高效率，保證操作的靈活性，并不會對越界行為進行檢查，即使越界了，也能夠正常編譯，只有在運行期間才可能會發(fā)生問題。請看下面的代碼：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[3] = {10, 20, 30}, i;
for(i=-2; i<=4; i++){
printf("a[%d]=%d\n", i, a[ i]);
}
return 0;
}
運行結(jié)果：a[-2]=-858993460a[-1]=-858993460a[0]=10a[1]=20a[2]=30a[3]=-858993460a[4]=-858993460
越界訪問的數(shù)組元素的值都是不確定的，沒有實際的含義，因為數(shù)組之外的內(nèi)存我們并不知道是什么，可能是其它變量的值，可能是函數(shù)參數(shù)，可能是一個地址，這些都是不可控的。
由于C語言的”放任“，我們訪問數(shù)組時必須非常小心，要確保不會發(fā)生越界。每個C語言程序員的生涯中都遇到過越界錯誤，因為越界錯誤有時候不容易發(fā)現(xiàn)，也不容易復現(xiàn)。
當發(fā)生數(shù)組越界時，如果我們對該內(nèi)存有使用權(quán)限，那么程序?qū)⒄＿\行，但會出現(xiàn)不可控的結(jié)果（如上例所示）；如果我們對該內(nèi)存沒有使用權(quán)限，或者該內(nèi)存壓根就沒有被分配，那么程序?qū)罎ⅰＵ埧聪旅娴睦樱?br /> #include <stdio.h>
int main()
{
int a[3];
printf("%d", a[10000]);
return 0;
}
在 VS2010 下運行，會出現(xiàn)運行時錯誤：

在 C-Free 5.0 下運行，會彈出程序停止工作的對話框：
每個程序能使用的內(nèi)存都是有限的，該程序要訪問 4*10000 字節(jié)處的內(nèi)存，顯然太遠了，超出了程序的訪問范圍。這個地方的內(nèi)存可能沒有被分配，可能是系統(tǒng)本身占用的內(nèi)存，可能是其它數(shù)據(jù)的內(nèi)存，如果放任這種行為，將帶來非常危險的后果，操作系統(tǒng)只能讓程序停止運行。
數(shù)組溢出當賦予數(shù)組的元素個數(shù)超過數(shù)組長度時，就會發(fā)生溢出（Overflow）。如下所示：int a[3] = {1, 2, 3, 4, 5};數(shù)組長度為3，初始化時卻賦予5個元素，超出了數(shù)組容量，所以只能保存前3個元素，后面的元素被丟棄。
GCC、LLVM/Clang、低版本的 VS（例如 VS2010）發(fā)現(xiàn)數(shù)組溢出只會給出警告，并不會報錯。但是高版本的 VS（例如 VS2015、VS2017）發(fā)現(xiàn)數(shù)組溢出時會報錯，禁止編譯通過，微軟終于聰明了一次。
一般情況下數(shù)組溢出不會有什么問題，頂多是丟失多余的元素。但是當以字符串的形式輸出字符數(shù)組時，就會產(chǎn)生不可控的情況，請看下面的代碼：
#include <stdio.h>
int main()
{
char str[10] = "88888888888888888888";
puts(str);
return 0;
}
在 DEV下的運行結(jié)果：

字符串的長度大于數(shù)組長度，數(shù)組只能容納字符串的前面一部分，也就是"http://c.b"，即使編譯器在最后添加了'\0'，它也保存不到數(shù)組里面，所以 printf() 掃描數(shù)組時不會遇到結(jié)束符'\0'，只能繼續(xù)向后掃描。而后面內(nèi)存中的數(shù)據(jù)我們不知道是什么，字符能否識別，何時遇到'\0'，這些都是不確定的。當字符無法識別時，就會出現(xiàn)亂碼，顯示奇怪的字符。
由此可見，在用字符串給字符數(shù)組賦值時，要保證數(shù)組長度大于字符串長度，以容納結(jié)束符'\0'。
總結(jié)：能夠理解數(shù)組越界和數(shù)組溢出的原因，并且在編程中注意避免。

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