一道C語言安全編碼題目

1、前言

最近在網上看到一道C語言題目，用C語言實現一個函數，給定一個int類型的整數，函數輸出逆序的整數，例如輸入123，則輸出字符串"321",，輸入-123，則輸出字符串"-321"。題目要求，不使用標準庫，不得分配內存。當時覺得蠻簡單的，這不就是類似字符串逆轉嘛，自己嘗試做了一下，測試發現，還是有很多地方考慮不周全。今天在此整理一下基礎知識，作為一名安全開發人員，時刻需要注意代碼的安全，防止有任何漏洞。題目給出的函數如下：

#include <stdio.h>

const char * parseInt(int data)
{
    return "321";
}

int main
{
    printf("%s\n", parseInt(123));
    return 0;
}

2、思考過程

寫代碼最怕的就是沒有想好，一上來就寫，在寫的過程中不斷的測試修改，這樣很浪費時間。因此需要先好好想一下，這個題目到底考些什麼呢？

（1）int類型的整數分為正數、0、負數，如何處理這些邊界值

（2）整數與字符串之間的轉換，如何將一個整數轉換為一個字符

（3）如何返回一個const char * 類型的字符串

（4）當輸入的整數超過int的範圍如何處理

3、編碼過程

開始寫代碼的思路如下：定義一個char類型的數組，用於保存結果。使用對10取餘和除法操作依次獲取每一位的數字，然後根據ASSIC碼轉換為字符。將字符拼接起來，返回字符串數組結果。編碼實現如下：

const char * parseInt(int data)
{
    char str[16] = {0};
    int i = 0;
    if (data < 0) {
        data = -data;
        str[i++] = '-';
    }
    int tmp = data;
    while (tmp / 10) {
        char ch = tmp % 10 + 48;
        tmp = tmp / 10;
        str[i++] = ch;
    }
    str[i++] = tmp % 10 + 48;return str;
}

當初沒有考慮那麼多，編譯發現出現如下錯誤：

一看編譯錯誤，才意識到自己掉入坑中。題目要求返回一個字符串，而且不用分配內存。當時就想直接定義一個字符數組進行返回，而定義的str屬於函數局部變量。

一個函數的局部變量都是存在stack中的，當這個函數調用過程結束時，這個局部變量都是要釋放掉的，所以就會產生這樣的warning，這個是和變量的life time相關的，所以解決方法有：

1.將char result[16]改為static型

2.使用malloc向heap申請，這些是需要caller用free去釋放的

於是使用static 類型字符串，代碼改進如下：

 1 const char * parseInt(int data)
 2 {
 3     static char str[16] = {0};
 4     int i = 0;
 5 
 6     if (data < 0) {
 7         data = -data;
 8         str[i++] = '-';
 9     }   
10 
11     int tmp = data;
12     while (tmp / 10 != 0) {
13         char ch = tmp % 10 + 48; 
14         tmp = tmp / 10; 
15         str[i++] = ch; 
16     }   
18     str[i++] = tmp % 10 + 48; 
20     return str;
21 }

int main

{

printf("%s\n", parseInt(123));

printf("%s\n", parseInt(12345678));

printf("%s\n", parseInt(-89790));

return 0;

}

測試結果如下：

改為static之後，編譯成功，看輸出的結果上看，前面兩個輸出是正確的，而第三個輸出的結果是錯誤的。尼瑪，再次掉入坑中，對static變量的應用不精通啊。為什麼每次到看到結果後才想起來？

雖然在函數中定義了static局部變量，使得變量的變為靜態stack存儲區域，生命週期從函數中變成了這個程序的範圍。但是static局部變量在函數第一次調用的時候會初始化，後面調用就不會了，直接使用了。因此導致了剛才的結果輸出不對，複用了上次遺留的結果。

static靜態局部變量屬於靜態存儲方式，它具有以下特點：

(1)靜態局部變量在函數內定義 它的生存期為整個源程序，但是其作用域仍與自動變量相同，只能在定義該變量的函數內使用該變量。退出該函數後， 儘管該變量還繼續存在，但不能使用它。

(2)允許對構造類靜態局部量賦初值 例如數組，若未賦以初值，則由系統自動賦以0值。

(3)對基本類型的靜態局部變量若在說明時未賦以初值，則系統自動賦予0值。而對自動變量不賦初值，則其值是不定的。 根據靜態局部變量的特點， 可以 看出它是一種生存期為整個源程序的量。雖然離開定義它的函數後不能使用，但如再次調用定義它的函數時，它又可繼續使用， 而且保存了前次被調用後留下的 值。 因此，當多次調用一個函數且要求在調用之間保留某些變量的值時，可考慮採用靜態局部變量。雖然用全局變量也可以達到上述目的，但全局變量有時會造成 意外的副作用，因此仍以採用局部靜態變量為宜。

第一次調用函數，static變量，初始化。 第二次，及以後，調用函數，static變量，不會初始化。

繼續改進代碼，在函數中將static變量每次使用for循環進行初始化，改進代碼如下：

 1 #include <stdio.h>
 2 
 3 const char * parseInt(int data)
 4 {
 5     static char str[16] = {0};
 6     int i = 0;
 7 
 8     int t = 0;
 9     for (; t < 16; t++) {
10         str[t] = 0;
11     }
12 
13     if (data < 0) {
14         data = -data;
15         str[i++] = '-';
16     }
17 
18     int tmp = data;
19     while (tmp / 10 != 0) {
20         char ch = tmp % 10 + 48;
21         tmp = tmp / 10;
22         str[i++] = ch;
23     }
24 
25     str[i++] = tmp % 10 + 48;
26 
27     return str;
28 }
29 
30 int main
31 {
32     printf("%s\n", parseInt(123));
33     printf("%s\n", parseInt(12345678));
34     printf("%s\n", parseInt(-89790));
35     return 0;
36 }

這次輸出結果如下：

終於得到了正確答案，看似很簡單的題目，折騰的這麼久，才搞出來。擴展一下，大家看看如下這個輸出什麼呢：

printf("%s, %s, %s\n", parseInt(98989),parseInt(-4567), parseInt(123456));

這個結果是什麼呢？為什麼會這樣呢？

 printf("%s\n", parseInt(0x8FFFFFFF));
printf("%s\n", parseInt(0xFFFFFFFF));

這個結果是什麼呢？為什麼會這樣呢？

int 類型4個字節，32位組成。int的最高位作為符號位，需要特殊處理。