为什么此代码中的缓冲区溢出行为与我的预期不同？

2024-01-01

我有这个程序：

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

void main(void) {
    char *buffer1 = malloc(sizeof(char));
    char *buffer2 = malloc(sizeof(char));

    strcpy(buffer2, "AA");

    printf("before: buffer1 %s\n", buffer1);
    printf("before: buffer2 %s\n", buffer2);

    printf("address, buffer1 %p\n", &buffer1);
    printf("address, buffer2 %p\n", &buffer2);

    strcpy(buffer1, "BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB");

    printf("after: buffer1 %s\n", buffer1);
    printf("after: buffer2 %s\n", buffer2);
}

哪个打印：

before: buffer1 
before: buffer2 AA
address, buffer1 0x7ffc700460d8
address, buffer2 0x7ffc700460d0
after: buffer1 BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
after: buffer2 B

我期望这段代码做什么：

由于 char 的长度为 8 位，因此我希望两个缓冲区的大小均为 1 字节/8 位。
一个 ASCII 字符有 7 位长，我希望每个缓冲区能容纳两个字符。
当我直接分配两个一个字节的缓冲区时，我希望它们在内存中直接相邻。因此，我预计每个地址之间的差异是 1（因为内存是按字节寻址的？），而不是我的小程序打印的 8。
由于它们在内存中直接相邻，我预计缓冲区 2 会溢出BB当我做strcpy(buffer1, BBBB);作为第一个BB写给buffer1其余的溢出到buffer2。因此，我希望strcpy(buffer1, "BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB");产生：
- 缓冲区溢出buffer2，使其具有值BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB or so.
  - 我是如何计算的：金额B已被 strcpy'd - 4B两个缓冲区。
- 分段错误。我只分配了 2 个字节（因为大小buffer1 and buffer2总共 2 个字节）。自从BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB两者都不适合buffer1 nor buffer2（因为两者都已经被填满），之后将溢出到下一个内存缓冲区buffer2。因为我没有分配它，所以我预计会出现分段错误。

因此，我想问：为什么我的程序表现与我的预期不同？我哪里误解了事情？

我有一个 x86_64 架构，上面的程序是用gcc version 6.3.1 20170306 (GCC)

我不要求的：

我知道strcpy不是绑定检查并且使用是有意的。我想调查缓冲区溢出等问题。因此，请不要写答案/评论说我应该使用不同的方法strcpy.

由于 char 是 8 位长，...

这对于所述架构和操作系统来说是正确的。（C 标准允许char to be more超过8位长，但现在这种情况很少见；我知道的唯一例子是TMS320 https://en.wikipedia.org/wiki/Texas_Instruments_TMS320DSP 系列，其中char可能是16位。不允许更小。）

注意sizeof(char) == 1 根据定义因此通常被认为是不好的写作风格sizeof(char) or foo * sizeof(char)在你的代码中。

...我希望两个缓冲区的大小均为 1 字节/8 位。

这也是正确的（但见下文）。

一个 ASCII 字符有 7 位长，我希望每个缓冲区能容纳两个字符。

This is not correct, for two reasons. First, nobody uses 7-bit ASCII anymore. Each character is in fact eight bits long. Second, two seven-bit characters do not fit into one eight-bit buffer. I see that there is some confusion on this point in the comments on the question, so let me attempt to explain further: Seven bits can represent 2⁷ different values, just enough room for the 128 different characters defined by the original ASCII standard. Two seven-bit characters, together, can have 128 * 128 = 16384 = 2¹⁴ different values; that requires 14 bits to represent, and will not fit into eight bits. You seem to have thought it was only 2 * 128 = 2⁸, which would fit into eight bits, but that's not right; it would mean that once you saw the first character, there were only two possibilities for the second character, not 128.

当我直接分配两个一个字节的缓冲区时，我希望它们在内存中直接相邻。因此，我预计每个地址之间的差异是 1（因为内存是按字节寻址的？），而不是我的小程序打印的 8。

正如您自己所观察到的，您的期望是不正确的。

malloc不需要将连续的分配彼此相邻；事实上，“这些分配是否彼此相邻”可能不是一个有意义的问题。 C 标准不遗余力地avoid要求有any不指向同一数组的两个指针之间的有意义比较。

现在，您正在一个具有“平面地址空间”的系统上工作，所以它is比较连续分配的指针是有意义的（前提是您在自己的大脑中进行操作，而不是使用代码），并且对于分配之间的间隙有一个逻辑解释，但首先我必须指出您打印了错误的地址：

printf("address, buffer1 %p\n", &buffer1);
printf("address, buffer2 %p\n", &buffer2);

这将打印地址指针变量，而不是地址buffers。你应该写

printf("address, buffer1 %p\n", (void *)buffer1);
printf("address, buffer2 %p\n", (void *)buffer2);

（演员阵容void *是必需的，因为printf接受一个变量参数列表。）如果你写了你会看到类似的输出

address, buffer1 0x55583d9bb010
address, buffer2 0x55583d9bb030

需要注意的重要一点是，这些分配的不同之处在于sixteen字节，不仅如此，它们都可以被 16 整除。

malloc需要产生的缓冲区是aligned根据需要any类型，即使您无法将该类型的值放入分配中。如果地址可以被某个字节数整除，则该地址与该字节数对齐。在您的系统上，最大对齐要求是 16；您可以通过运行该程序来确认这一点...

#include <stdalign.h>
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
int main(void) { printf("%zu\n", alignof(max_align_t)); return 0; }

这意味着返回的所有地址malloc必须能被 16 整除。因此，当你问malloc对于两个一字节缓冲区，它们之间必须留有十五字节的间隙。这does not意思是malloc将尺寸四舍五入； C 标准明确禁止您访问间隙中的字节。（我不知道有任何现代的商业 CPU 可以强制执行该禁令，但调试工具如valgrind http://valgrind.org将会，并且已经有实验性的 CPU 设计可以做到这一点。此外，通常紧接在malloc块包含内部使用的数据malloc实施，您不得篡改。）

第二次分配后也存在类似的差距。

由于它们在内存中直接相邻，我预计缓冲区 2 会溢出BB当我做strcpy(buffer1, BBBB);作为第一个BB写给buffer1其余的溢出到buffer2.

正如前面讨论的，它们在内存中并不直接相邻，并且每个 B 占用eight位。一个 B 写入您的第一个分配，接下来的 15 个写入两次分配之间的间隙，第 16 个写入第二个分配，之后还有 15 个写入间隙after第二次分配，最后一个 B 和一个 NUL 分配给超出的空间。

我只分配了 2 个字节（因为大小buffer1 and buffer2总共 2 个字节）。自从BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB两者都不适合buffer1 nor buffer2（因为两者都已经被填满），之后将溢出到下一个内存缓冲区buffer2。因为我没有分配它，所以我预计会出现分段错误。

我们已经讨论过为什么你的计算不正确，但是你did在第二次分配后一直写入到间隙末尾并进入“空间之外”，那么为什么没有段错误呢？这是因为，在操作系统原语级别，内存以称为“的单元”分配给应用程序。pages https://en.wikipedia.org/wiki/Page_(computer_memory)“，这比您要求的内存量要大。CPU只能检测缓冲区溢出，并在溢出跨越页面边界时触发分段错误。您做得还不够。我在我的电脑，非常相似，我需要写132 KB（一千字节是 1024 字节）（有些人说这应该被称为千字节；他们错了）超出 buffer1 的末尾会出现段错误。我的计算机上的每个页面只有 4 KB，但是malloc向操作系统请求更大块的内存，因为系统调用的成本很高。

没有收到提示的段错误does not意味着你很安全；你很有可能被打败malloc的内部数据，或“超越空间”中的另一个分配。如果我采用你的原始程序并添加一个调用free(buffer1)最后，它崩溃了。

本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)