Understanding and using c pointers 第七章讀書筆記

tonybai在他的網站上寫了一個本書的知識點綱要

安全問題與指針的不恰當使用

本章從三個方面來討論安全問題
1.指針聲明與初始化
2.指針的不當使用
3.內存回收問題（deallocation problems）

第一部分：指針的聲明與初始化
指針聲明不當。如：

int* ptr1,ptr2;

作者本意是聲明兩個int指針，但是實際結果是隻有ptr1被聲明爲指針，ptr2沒有被聲明爲指針，所以應該這樣聲明int *ptr1,*ptr2;

#define PINT int*
PINT ptr1,ptr2;	//宏替換是代碼的替換，所以依然只有ptr1被聲明爲指針，ptr2沒有被聲明爲指針

typedef int* PINT;
PINT ptr1,ptr2;	//使用typedef這樣就將ptr1和ptr2都聲明爲指針了

指針使用前沒有初始化
使用未經初始化的指針可能會導致運行時錯誤。有時也稱爲野指針

int *p1;
...
printf("%d\n",*pi);	//pi在使用時根本沒有初始化，裏面存的是垃圾

處理未初始化的指針
1.初始化指針時將其置爲NULL
2.使用assert函數
3.使用第三方工具

如：
int *pi = NULL;	//置爲NULL
...
if(pi == NULL)	//判斷是否爲NULL
{
	
}
else
{
	
}
也可以使用assert,調試時非常有用
assert(pi != NULL);

第二部分：指針的使用問題

該部分會討論有關字符串、結構和函數指針等等，許多安全問題都是以緩衝區溢出這個概念爲中心。
緩衝區溢出可通過以下幾種方式發生
1.數組中使用索引訪問元素時不檢查索引的值
2.使用數組指針進行指針運算時粗心大意
3.使用像gets之類的函數從標準輸入中讀取字符串
4.strcpy和strcat的不當使用

檢查是否爲NULL（Test for NULL）
對使用malloc函數返回的值一定要進行防空判斷如：

float *vector = malloc(sizeof(float) * 20);
if(vector == NULL){
	//內存分配失敗
} else {
	//處理vector
}

（誤用解引用操作符*）Misuse of the Deference Operator

正確情況
int num;
int *pi = &m;	/*這裏的*是用來聲明指針*/
錯誤情況：
int num;
int *pi;	/*聲明瞭一個指針*/
*pi = #	/*這裏的*是解引用，應該改爲pi = #*/

懸掛指針（Dangling Poiners第二章說過）

數組訪問越界（Accessing Memory Outside the Bounds of an Array）

char firstName[8] = "1234567";
char middleName[8] = "1234567";
char lastName[8] = "1234567";

middleName[-2] = 'X';
middleName[0] = 'X';
middleName[10] = 'X';

printf("%p %s\n",firstName,firstName);
printf("%p %s\n",middleName,middleName);
printf("%p %s\n",lastName,lastName);

其一種可能的內存分配如下圖：

數組大小計算錯誤（Calculating the Array Size Incorrectly）

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>

void replace(char buffer[],char replacement,size_t size);

main()
{
	char name[8];
	strcpy(name,"Alexander");/* 越界了，因爲name數組只能有8個char，減去一個NUL字符，實際只能有7個char，但是Alexander有8個字符 */
	replace(name,'+',sizeof(name));/* 這裏數組元素個數應該用sizeof(name) / sizeof(char),這樣做圖方便，因爲sizeof(char)就是1 */
	printf("%s\n",name);	/* 輸出++++++++r */
}

void replace(char buffer[],char replacement,size_t size)
{
	size_t count = 0;
	while(*buffer != '\0' && count++ < size)
	{
		*buffer = replacement;
		buffer++;
	}
}

誤用sizeof操作符（Misusing the sizeof Operator）

int buffer[20];
int *pbuffer = buffer;
int i;
for(i = 0; i < sizeof(buffer); i++)	/* sizeof(buffer)的使用造成越界，應該用sizeof(buffer) / sizeof(int) */
{
	*(pbuffer++) = 0;
}

永遠匹配指針類型（Always Match Pointer Types）

It is a good idea to always use the appropriate pointer type for the data.

/* 這個例子非常適合在計算機對不同數值的表示中講，且涉及到了機器的大小端法表設計，非常好 */
int num = 2147483647;
int *pi = &num;
short *ps = (short*)pi;
printf("pi: %p,Value(16):%x,Value(10):%d\n",pi,*pi,*pi);
printf("ps: %p,Value(16):%hx,Value(10):%hd\n",ps,(unsigned short)*ps,(unsigned short)*ps);

小端法如下圖：

有界限的指針（Bounded Pointers）

C語言並沒有提供直接的支持，但是可以像下面一樣由程序員控制

#define SIZE 32
char name[SIZE];
char *p = name;
if(name != NULL)
{
	if(p > name  && p < name + SIZE)
	{
		//合法指針
	}
	else
	{
		//不合法指針
	}
}

使用這種方法很繁瑣（tedious），可以使用靜態分析等等

字符串相關的安全問題（String Security Issues）

strcpy和strcat可能會導致緩衝溢出，C11中新引入的strcpy_s和strcat_s目前只有微軟Visual C++支持，這兩個新函數在發生緩衝區溢出時返回錯誤
同樣還有新引入的scanf_s和wscanf_s

char firstName[8];
int result;
result = strcpy_s(firstName,sizeof(firstName),"Alexander");

The use of some functions can result in an attacker accessing memory using a technique known as format string attacks.
作者在這裏舉了一個printf的例子

int main(int argc,char** argv)
{
	printf(argv[1]);	/* 這裏就可能會造成字符串攻擊 */
	...
}

更多這方面的信息請參閱hackerproof.org

指針運算與結構（Pointer Arithmetic and Structures）

對於數組可以放心使用指針運算，因爲數組保證內存分配是連續的，而對於結構其位域可能不在連續的內存上（as the structure's fields may not be allocated in consecutive regions of memory）
比如下面結構：

typedef struct _employee
{
	char name[10];
	int age;
} Employee;

name分配了10個字節，其後跟着一個int，但是int要對齊到能被4整除的位置，所以name和age之間就有位填補（gap）。如圖:

Even if the memory within a structure is contiguous, it is not a good practice to use pointer arithmetic with the structure’s fields.
即使結構的內存是連續的，最好也不要使用指針運算

typedef struct _item
{
	int partNumber;
	int quantity;
	int binNumber;
} Item;

Item part = {12345, 35, 107};
int *pi = &part.partNumber;
printf("Part number: %d\n",*pi);
pi++;
printf("Quantity: %d\n",*pi);
pi++;
printf("Bin number: %d\n",*pi);
正常情況下輸出結果是我們期待的，但它並不能保證總是起作用（but it is not guaranteed to work）下面是一種較好的辦法
int *pi = &part.partNumber;
printf("Part number: %d\n",*pi);
pi = &part.quantity;
printf("Quantity: %d\n",*pi);
pi = &part.binNumber;
printf("Bin number: %d\n",*pi);
更好的辦法是：
printf("Part number: %d\n",part.partNumber);
printf("Quantity: %d\n",part.quantity);
printf("Bin number: %d\n",part.binNumber);

函數指針問題（Function Pointers Issues）

函數指針誤用與濫用會導致不可預測的結果，考慮如下函數：

int getSystemStatus()
{
	int status;
	...
	return status;
}

判斷系統狀態是否爲0的最佳方法如下：

if(getSystemStatus() == 0)
{
	printf("Status is 0\n");
}
else
{
	printf("Status is not 0\n");
}

但如果忘了寫()的話，代碼運行就不正常了

if(getSystemStatus == 0)
{
	printf("Status is 0\n");
}
else
{
	printf("Status is not 0\n");	/* 總會執行着這句 */
}

這樣寫的話也不科學：

if(getSystemStatus)	/*函數指針，肯定不爲0*/
{
	//總會執行這段代碼
}

Do not assign a function to a function pointer when their signatures differ.This can result in undefined behaviour.例子如下：

int (*fptrCompute)(int,int);
int add(int n1,int n2,int n3)
{
	return n1 + n2 + n3;
}
fptrCompute = add;
fptrCompute(2,5);	/* 實際需要3個參數，但卻只傳了2個 ，代碼會編譯通過gcc給出了警告，但是結果卻很難預料了 */

第三部分：內存回收問題（Memory Deallocation Issues）

多次釋放（Double free）

char *name = (char*) malloc(...);
...
free(name);		/* 第一次釋放 */
...
free(name);		/* 第二次釋放 */

cert.org上有有關這方面的更多資料，一種簡單的避免雙重釋放就是釋放完後即置爲NULL,也可以寫自己的free函數

char *name = (char *) malloc(...);
...
free(name);
name = NULL;

清除敏感數據（Clearing Sensitive Data）

程序退出時清除敏感數據有助於隱私保存，像陳老師那樣把照片沒徹底刪除再跑去修電腦實在是太危險了。如：

char name[32];
int userID;
char *securityQuestion;

//assign values
...

//delete sensitive information
memset(name,0,sizeof(name));
userID = 0;
memset(securityQuestion,0,strlen(securityQuestion));

如果name被聲明爲指針，那麼在回收之前要清除其內存如：

char *name = (char*) malloc(...);
...
memset(name,0,sizeof(name));
free(name);

使用靜態分析工具（Using Static Analysis Tools）
有許多靜態分析工具可用於檢測指針的不當使用。GCC編譯器使用-Wall報告所有的編譯警告。

Understanding and using c pointers 第七章讀書筆記

SQL優化-20231016

Unity中的GUI編程

Unity中的網絡

C謎題解釋

Unity Shaders簡介

C#事件和Unity3d

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結