Day 10：字符串操作函数的安全隐患（如 strcpy, strcat, gets）

最新推荐文章于 2025-09-27 09:00:00 发布

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#c语言

1. 主题原理与细节逐步讲解

C语言的字符串是一组以'\0'结尾的字符数组，标准库为其提供了多种操作函数，如strcpy, strcat, gets, sprintf等。这些函数有一个共同特点：不会自动校验目标缓冲区的大小，极易发生缓冲区溢出，进而引发严重的安全问题。

strcpy(dest, src)：从src复制到dest，遇到\0结束。不检查dest空间是否足够。
strcat(dest, src)：将src追加到dest末尾，同样不检查dest剩余空间。
gets(buf)：从标准输入读取一行内容，直到回车，不检查buf长度（已被C11标准移除）。
sprintf(buf, ...)：格式化输出到buf，不检查长度。
scanf("%s", buf)：读取字符串，不限制长度。

本质问题：这些函数都将缓冲区大小校验的责任完全留给了调用者，一旦忽略，后果严重。

2. 典型陷阱/缺陷说明及成因剖析

典型陷阱

目标缓冲区太小，源数据太大，导致缓冲区溢出，覆盖相邻内存。
字符串拼接多次，未累积长度判断。
未给scanf加长度限定。

成因剖析

C语言设计早期追求高性能和简单实现，没有内建安全检查。
程序员容易高估或遗忘目标缓冲区大小，尤其在处理外部输入时。
这些函数接口不包含长度参数，容易误用。

3. 规避方法与最佳设计实践

永远不用gets、strcpy、strcat、sprintf、scanf("%s", ...)等“危险函数”。
优先使用带长度限制的安全版本：
- fgets(buf, size, stdin) 代替 gets
- strncpy(dest, src, n) 代替 strcpy（注意 strncpy 不保证结尾加 \0，需手动处理）
- strncat(dest, src, n) 代替 strcat
- snprintf(buf, size, ...) 代替 sprintf
- scanf("%Ns", buf) 指定最大长度（N为缓冲区-1）
始终预留一个字节存放\0结尾符。
对于复杂字符串拼接，建议封装“安全字符串操作”工具函数。
定期使用静态分析工具和代码审查查找潜在溢出点。

4. 典型错误代码与优化后正确代码对比

错误代码示例

char buf[8];
strcpy(buf, "123456789"); // 目标8字节，源9字节(含\0)，溢出！

char name[16];
gets(name); // 用户随便输，轻松溢出

正确代码示例

char buf[8];
strncpy(buf, "123456789", sizeof(buf) - 1);
buf[sizeof(buf) - 1] = '\0'; // 强制结尾安全

char name[16];
fgets(name, sizeof(name), stdin); // 最多读15字节，自动加\0

机制差异分析：

strcpy/gets：不关心目标长度，输入超长直接溢出；
strncpy/fgets：明确限制最大写入长度，安全系数高得多。strncpy需手动补\0。

5. 必要底层原理解释

C字符串数组本质只是连续内存，标准库函数不会为你检查边界。
溢出会覆盖局部变量、返回地址、堆栈结构等，易被攻击者利用，导致代码执行劫持（如栈溢出攻击）。
gets被C11标准彻底移除，许多现代编译器已发出警告或禁止使用。

6. SVG辅助图示

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