溢出问题：数组溢出，整数溢出，缓冲区溢出，栈溢出，指针溢出
在C/C++程序里有一类非常典型的问题，那就是：溢出问题。一般在笔试题里，这类问题会以程序改错或者安全问题出现。现在分别来分析一下常见的数组溢出，整数溢出，缓冲区溢出，栈溢出和指针溢出等。
(1)数组溢出
在C语言中，数组的元素下标是从0开始计算的，所以，对于n个元素的数组a[n]， 遍历它的时候是a[0],a[1],...,a[n-1]，如果遍历到a[n]，数组就溢出了。
void print_array(int a[], int n)
{
for (int i = 0; i < n; i++)
{
a[i] = a[i+1];//当i = n-1时，就发生了数组越界
printf(“%d\n”, a[i]);
}
}
上面的循环判断应该改为：
for (int i = 0; i < n-1; i++)
(2)整数溢出
整数的溢出分为下溢出和上溢出。比如，对于有符号的char(signed char)类型来说，它能表示的范围为：[-128,127]之间；而对于无符号的char(unsigned char)来说， 它能表示的范围为：[0,255]。
那么，对于下面的代码：
signed char c1 = 127;
c1 = c1+1;//发生上溢出，c1的值将变为-128
signed char c2 = -128;
c2 = c2-1;//发生下溢出，c2的值将变为127
unsigned char c3 = 255;
c3 = c3+1;//发生上溢出，c3的值将变为0
unsigned char c4 = 0;
c4 = c4-1;//发生下溢出，c4的值将变为255
从上面的例子可以看出，当一个整数向上溢出，将会变为最小值，而向下溢出，将会变为最大值。
来看下面的溢出代码，该代码负责提供一个小写字母转换表，但存在一个整数溢出问题：
void BuildToLowerTable( void ) /* ASCII版本*/
{
unsigned char ch;
/* 首先将每个字符置为它自己 */
/*ch为unsigned char，无符号数，当ch值为UCHAR_MAX， ch++将会发生向上溢出，变为0，导致循环无法退出。*/
for （ch=0; ch <= UCHAR_MAX;ch++）
chToLower[ch] = ch;
/* 将大写字母改为小写字母 */
for( ch = ‘A’; ch <= ‘Z’; ch++ )
chToLower[ch] = ch +’a’ – ‘A’;
}
该代码负责在内存中查找指定的字符ch，但也存在一个溢出问题
void * memchr( void *pv, unsigned char ch, size_t size )
{
unsigned char *pch = (unsigned char *) pv;
/*当size的值为0的时候，由于size是无符号整数，因此会发生下溢出，变为一个最大的整数 循环也将无法退出*/
while( -- size >=0 )
{
if( *pch == ch )
return (pch );
pch++;
}
return( NULL );
}
整数溢出也会带来安全问题，甚至会造成权限提升到最高级别，比如Linux系统中的root权限。曾经的黑客通过对gid和uid的溢出，将用户id的gid和uid权限设置为了0，从而成为了超级管理员账户。
(3)缓冲区溢出
缓冲区溢出一般是调用了一些不安全的字符串操作函数比如：strcpy，strcat等（这些字符串操作函数在拷贝或者修改目标位置的时候，并不判断长度是否会超过目标缓存），或者设置参数超过了目标缓存能容纳的大小而造成的溢出问题。
void func1(char* s)
{
char buf[10];
/*此时，buf只有10个字节，如果传入的s超过10个字节，就会造成溢出*/
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字符串超过了10个字节，传递给func1会造成栈上缓冲区溢出
而且，由于badCode经过精心构造，在溢出的时候，根据函数的调用约定规则，会覆盖栈上的返回地址，
指向了func2。所以，在func1退出的时候，会直接调用func2
*/
func1(badCode);
return 0;
}
(4)栈溢出
无论是内核栈，还是应用层的栈，都是有一定大小限制的。如果在栈上分配的空间大于了这个限制，就会造成栈大小溢出，破坏栈上的数据。比如局部变量过多，或者递归调度嵌套太深都会造成栈溢出。比如：
int init_module(void)
{
char buf[10000]; //buf[]分配在栈上，但10000的空间超过了栈的默认大小8KB。
//所以发生溢出
memset(buf,0,10000);
printk("kernel stack.\n");
return 0;
}
void cleanup_module(void)
{
printk("goodbye.\n");
}
MODULE_LICENSE("GPL");
//应用栈的大小多少？内核栈的大小多少？什么时候容易栈溢出？
(5)指针溢出
一块长度为size大小的内存buffer，buffer的首地址为p，那么buffer最后一个字节的地址：
p+size-1，而不是p+size。如果写成了p+size，就会造成溢出，比如下面的代码：
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 );
}
上面的代码用于查找内存中特定的字符位置。对于其中的while（）循环，平时执行似乎都没有任何问题。但是，考虑一种特别情况，即pv所指的内存位置为末尾若干字节，那么因为pchEnd = pch+size，所以pchEnd指向最后一个字符的下一个字节，将会超出内存的范围，即pchEnd所指的位置已经不存在。
知道了问题所在，那么可以将内存的结尾计算方式改为：
pchEnd = pv + size – 1;
while ( pch <= pchEnd )
{
if( *pch == ch )
return ( pch );
pch ++ ;
}
……
pchEnd指向了最后一个字节。但是，检查循环内部的执行情况可知，由于pch每增加到pchEnd+1时，都会发生上溢。因此，循环将无法退出。 于是，可以将程序修改为下面的代码。将用size变量来控制循环的退出。这样就不会存在任何问题了。
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。那么是否可以将循环的判断条件改为下面的语句呢？
while（ --size >= 0 ）
……
实际上这是不行的。因为当size=0时，由于size是无符号数，那么它将发生下溢，变成了size所能表示的最大正数，循环也将无法退出。
（6）字符串溢出
我们已经知道，字符串是'\0'结尾的。如果字符串结尾忘记带上'\0'，那么就溢出了。注意，strlen(p)计算的是字符串中有效的字符数（不含’\0’）。考察下面拷贝字符串的代码，看看有什么问题没呢？
char *str = “Hello, how are you!”;
char *strbak = (char *)malloc(strlen(str));
if (NULL == strbak)
{
//处理内存分配失败，返回错误
}
strcpy(strbak, str);
......
显然，由于strlen()计算的不是str的实际长度（即不包含’\0’字符的长度），所以strbak没有结束符’\0’，而在C语言中，’\0’是字符串的结束标志，所以是必须加上的，否则会造成字符串的溢出。所以上面的代码应该是：
char *str = “Hello, how are you!”;
char *strbak = (char *)malloc(strlen(str)+1);
if (NULL == strbak)
{
//内存分配失败，返回错误
}
strcpy(strbak, str);
同样对于strncpy也可能会造成字符串溢出。strncpy函数原型：
char * strncpy(char *dest, char *src, size_t n);
功能：将字符串src中最多n个字符复制到字符数组dest中(它并不像strcpy一样遇到'\0'才停止复制，而是等凑够n个字符才停止复制），返回指向dest的指针。要求：如果n > dest串长度，dest栈空间溢出产生崩溃异常。该函数注意的地方和strcpy类似，但是n值需特别注意 ：
1）src串长度<=dest串长度,(这里的串长度包含串尾'\0'字符) 如果n=(0, src串长度)，src的前n个字符复制到dest中。但是由于没有'\0'字符，所以直接访问dest串会发生栈溢出的异常情况。这时，一般建议采取memset将dest的全部元素用'\0'填充，如：memset(dest,0,7)（7为从dest起始地址开始前7个位置填充'\0'，dest可以为字符指针和数组名）。注意：char* pc="abc"; char chs[5]; sizeof(pc)为4（包含'\0'）(有些编译器不行），sizeof(chs)为5。 如果n = src串长度，与strcpy一致。 如果n = dest串长度，dest [0,src串长度]处存放src字串，(src串长度, dest串长度]处存放'\0'。
2）src串长度>dest串长度 如果n =dest串长度，则dest串没有'\0'字符，会导致字符串溢出，输出会有乱码。如果不考虑src串复制完整性，可以将dest最后一字符置为'\0'。所以，一般把n设为dest（含'\0'）的长度（除非将多个src复制到dest中）。当2）中n=dest串长度时，定义dest为字符数组，因为这时没有'\0'字符拷贝。
思考题：
1，分析下面程序运行情况，有什么问题呢？请深入分析
1 void main(void)
2 {
3 char x,y,z;
4 int i;
5 int a[16];
6 for(i=0;i<=16;i++)
7 {
8 a[i]=0;
9 printf("\n");
10 }
11 return 0;
12 }
2，下面算法将一个字符串逆置，如："hello world"-->"dlrow olleh"。试分析存在的问题。
void ReverseString(char * str)
{
int n;
char c;
n = strlen(str);
for (int i = 0; i < n/2; i++)
{
c = str[i];
str[i] = str[n-i];
str[n-i] = c;
}
}
3，下面代码用于将一个char类型的数求反。试分析下面代码问题。
signed char func(signed char c)
{
return c*(-1);
}
