记一次C栈溢出

本文通过一段C语言代码展示了栈溢出的现象,详细解释了由于将无符号短整型变量当作整型赋值导致的缓冲区覆盖问题。在第9行,len的赋值操作造成了栈溢出,影响了buffer的前两个字节,使得最终输出的buffer内容不正确。理解栈溢出的原因对于防止安全漏洞至关重要。

今天与大家分享的一次堆栈溢出的调试过程,废话少说直接看代码。

1 #include <stdio.h>
2 #include <string.h>

3 void stack_damage(char *buffer, int *len)
4 {
5    char *str = "stack damaged!";
6    int  slen = strlen(str);
7    strncpy(buffer, str, slen);
8   *len = slen;
9 }

10 int main(void)
11 {
12    char buffer[100] = {0};
13    unsigned short len = 0;
14    stack_damage(buffer, &len);
15    printf("buffer[%d]:%s.\n", len, buffer);
16    return 0;
17 }

大家猜猜看,这段代码的输出结果?

如果你的答案是:“buffer[14]:stack damaged!.”,很遗憾,你的答案是错误的。你可能很纳闷,明明是很简单的代码,为什么结果不正确呢?下面我就带大家一起看一下这其中的奥秘。

问题原因就是第9行代码:len = slen;,这是一个简单的给指针变量赋值的操作,没有特别的。不错,单单看这一行代码确实没有问题,问题的根本原因,其实是len的原始类型为unsinged short类型,而这里赋值时,却把它当做了int类型,这相当于“多写了其他两个不属于len的字节”,即,出现了栈溢出,而由于溢出而覆盖掉的两个字节恰恰就是,buffer的前两个字节,从而导致buffer开始的两个字节都为0,所以,使用printf打印时,buffer不能输出正确的结果。

下图展示了buffer的内存是如何被覆盖的。

在这里插入图片描述

<think>我们正在讨论C语言中的栈溢出问题。栈溢出通常发生在程序调用的空间超过其预设的限定时。在C语言中,局部变量、函数参数和返回地址等都存储在上。当这些数据量过大时,就会导致栈溢出栈溢出的常见原因包括: 1.过大的局部变量:例如在函数内部定义了一个非常大的数组,如`intarr[1000000];`,这可能会消耗大量空间。2.过深的递归调用:递归函数如果没有适当的终止条件或递归深度太大,会不断在上添加新的帧,最终导致栈溢出。 3.无限递归:递归没有终止条件,导致无限调用,直到空间耗尽。 使用场景示例: -在嵌入式系统中,空间通常较小(可能只有几KB),因此容易发生栈溢出。-在处理大规模数据时,如果在函数内部定义大数组,容易导致栈溢出。 -在递归算法中,如果递归深度不可控,也容易导致栈溢出。如何避免栈溢出?1.避免在上分配大内存:使用动态内存分配(如`malloc`)在堆上分配大内存,并在使用后释放(`free`)。 2.控制递归深度:使用迭代代替递归,或者使用尾递归优化(但C语言标准不保证尾递归优化)。3.增加空间:在某些系统中可以调整大小,但这种方法可移植性差。 下面是一个栈溢出的例子(递归导致): ```c#include <stdio.h> voidrecursive_func(intcount){int arr[100]; //每次递归都会在上分配一个数组printf("Depth: %d\n", count);recursive_func(count+1);//无限递归}int main() {recursive_func(1);return0; }``` 这个程序会不断递归调用`recursive_func`,每次调用都会在上分配一个大小为100个整数的数组,最终导致栈溢出。 而避免栈溢出的一个改进版本是使用动态分配: ```c#include <stdio.h> #include<stdlib.h>void recursive_func(intcount){//在堆上分配大数组,而不是上int*arr= (int*)malloc(100 *sizeof(int));if (arr ==NULL){//处理分配失败return;}printf("Depth: %d\n", count);//使用数组...free(arr); //释放堆内存recursive_func(count+1);//仍然有无限递归问题,但堆空间通常比大得多,且每次分配后释放,所以不会耗尽堆空间?注意:无限递归仍然会导致栈溢出,因为每个函数调用都会产生帧。 }intmain(){recursive_func(1);return0;} ```注意:虽然我们避免了在上分配大数组,但无限递归仍然会导致栈溢出,因为每个函数调用都会在上创建一个帧(包含返回地址等)。因此,避免无限递归或控制递归深度是必要的。 另一种改进是使用迭代代替递归:```c#include<stdio.h>void iterative_func(){int count=1;while(1) {int*arr= (int*)malloc(100 *sizeof(int));if (arr ==NULL){break;}printf("Count: %d\n", count++);free(arr);}} intmain(){iterative_func();return0;} ```这样就不会有栈溢出的问题,因为函数调用没有嵌套,帧不会累积。但是注意,堆内存可能会耗尽(通过检查`malloc`的返回值)。在嵌入式系统中,空间有限,需要特别注意。例如,引用[^2]中展示了一个递归计算阶乘的函数,它录了指针的变化,可以用来观察的使用情况。总结:栈溢出是C语言中常见的问题,主要由于过大的分配或过深的函数调用导致。解决方法是使用堆内存分配大对象,控制递归深度,或改用迭代算法。 §§相关问题§§1.如何检测程序是否发生了栈溢出?2.在C语言中,如何设置的大小? 3.递归和迭代在使用上有何区别? 4.在嵌入式系统中,如何避免栈溢出?</think>### C语言栈溢出详解 栈溢出是C语言中常见的内存错误,发生在程序使用的空间超过系统分配的大小(通常1-8MB)。以下是栈溢出的关键要点: #### 一、栈溢出发生条件 1. **空间耗尽**:当函数调用层级过深或局部变量过大时,指针(SP)超出内存边界 2. **递归失控**:递归函数缺少终止条件或深度过大,如`factorial(10000)`计算阶乘[^2] 3. **大对象分配**:函数内定义大型局部数组,如`int buffer[100000]` 4. **指针越界**:指针操作错误导致指向非法区域 数学表达:设大小为$S$,函数调用帧大小为$f$,最大安全调用深度$d$满足: $$ d \times f \leq S $$ #### 二、典型场景与原因 | 场景类型 | 示例代码 | 风险点 | |-------------------|-----------------------------------|------------------------| | **深度递归** | `int fib(int n){return fib(n-1)+fib(n-2);}` | 指数级帧累积[^2] | | **大局部变量** | `char buf[10*1024*1024];` | 单次分配超限 | | **无限循环调用** | `void f(){g();} void g(){f();}` | 帧持续增长 | | **指针操作错误** | 对指针进行非法算术运算 | 破坏结构 | #### 三、解决方案 1. **改用堆内存**: ```c // 栈溢出风险 void risky() { int bigArray[1000000]; // 可能溢出 } // 安全方案 void safe() { int* bigArray = malloc(1000000 * sizeof(int)); // ...使用... free(bigArray); } ``` [^1] 2. **限制递归深度**: ```c #define MAX_DEPTH 100 int factorial(int n) { if(n > MAX_DEPTH) return -1; // 深度保护 return (n <= 1) ? 1 : n * factorial(n-1); } ``` 3. **迭代替代递归**: ```c // 递归阶乘 → 迭代改造 int factorial_iter(int n) { int result = 1; for(int i=1; i<=n; i++) result *= i; return result; } ``` 4. **监控指针**(嵌入式场景): ```c uint32_t spState[100]; // 指针变化 void func() { uint32_t sp = __get_MSP(); // 获取当前指针 spState[spIndex++] = sp; // 录状态 } ``` [^2] #### 四、使用场景分析 1. **安全场景**: - 小规模局部变量(`int arr[100]`) - 有限递归(深度<100) - 单线程简单调用 2. **高风险场景**: - 图像/音频处理中的大缓冲区 - 数学计算(深度递归算法) - 嵌入式系统(空间通常仅几KB) - 解析嵌套数据结构(JSON/XML) > 关键建议:当数据规模超过**1KB**时应优先考虑堆分配[^1][^3]
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