[转]Windows驱动编程基础教程,UNICODE_STRING部分解释很详细

Windows驱动编程基础教程(1.1-1.3)

1.1 使用字符串结构

常常使用传统C语言的程序员比较喜欢用如下的方法定义和使用字符串：

char *str = { “my first string” }; // ansi字符串
wchar_t *wstr = { L”my first string” }; // unicode字符串
size_t len = strlen(str); // ansi字符串求长度
size_t wlen = wcslen(wstr); // unicode字符串求长度
printf(“%s %ws %d %d”,str,wstr,len,wlen); // 打印两种字符串

但是实际上这种字符串相当的不安全。很容易导致缓冲溢出漏洞。这是因为没有任何地方确切的表明一个字符串的长度。仅仅用一个’\0’字符来标明这个字符串的结束。一旦碰到根本就没有空结束的字符串（可能是攻击者恶意的输入、或者是编程错误导致的意外），程序就可能陷入崩溃。
使用高级C++特性的编码者则容易忽略这个问题。因为常常使用std::string和CString这样高级的类。不用去担忧字符串的安全性了。
在驱动开发中，一般不再用空来表示一个字符串的结束。而是定义了如下的一个结构：

typedef struct _UNICODE_STRING {
USHORT Length; // 字符串的长度（字节数）
USHORT MaximumLength; // 字符串缓冲区的长度（字节数）
PWSTR Buffer; // 字符串缓冲区
} UNICODE_STRING, *PUNICODE_STRING;

以上是Unicode字符串，一个字符为双字节。与之对应的还有一个Ansi字符串。Ansi字符串就是C语言中常用的单字节表示一个字符的窄字符串。

typedef struct _STRING {
USHORT Length;
USHORT MaximumLength;
PSTR Buffer;
} ANSI_STRING, *PANSI_STRING;

在驱动开发中四处可见的是Unicode字符串。因此可以说：Windows的内核是使用Uincode编码的。ANSI_STRING仅仅在某些碰到窄字符的场合使用。而且这种场合非常罕见。
UNICODE_STRING并不保证Buffer中的字符串是以空结束的。因此，类似下面的做法都是错误的，可能会会导致内核崩溃：

UNICODE_STRING str;
… 
len = wcslen(str.Buffer); // 试图求长度。
DbgPrint(“%ws”,str.Buffer); // 试图打印str.Buffer。

如果要用以上的方法，必须在编码中保证Buffer始终是以空结束。但这又是一个麻烦的问题。所以，使用微软提供的Rtl系列函数来操作字符串，才是正确的方法。下文逐步的讲述这个系列的函数的使用。

1.2 字符串的初始化

请回顾之前的UNICODE_STRING结构。读者应该可以注意到，这个结构中并不含有字符串缓冲的空间。这是一个初学者常见的出问题的来源。以下的代码是完全错误的，内核会立刻崩溃：

UNICODE_STRING str;
wcscpy(str.Buffer,L”my first string!”);
str.Length = str.MaximumLength = wcslen(L”my first string!”) * sizeof(WCHAR);

以上的代码定义了一个字符串并试图初始化它的值。但是非常遗憾这样做是不对的。因为str.Buffer只是一个未初始化的指针。它并没有指向有意义的空间。相反以下的方法是正确的：

// 先定义后，再定义空间
UNICODE_STRING str;
str.Buffer = L”my first string!”;
str.Length = str.MaximumLength = wcslen(L”my first string!”) * sizeof(WCHAR);
… …

上面代码的第二行手写的常数字符串在代码中形成了“常数”内存空间。这个空间位于代码段。将被分配于可执行页面上。一般的情况下不可写。为此，要注意的是这个字符串空间一旦初始化就不要再更改。否则可能引发系统的保护异常。实际上更好的写法如下：

//请分析一下为何这样写是对的：
UNICODE_STRING str = { 
sizeof(L”my first string!”) – sizeof((L”my first string!”)[0]), 
sizeof(L”my first string!”),
L”my first_string!” };

但是这样定义一个字符串实在太繁琐了。但是在头文件ntdef.h中有一个宏方便这种定义。使用这个宏之后，我们就可以简单的定义一个常数字符串如下：

#include <ntdef.h>
UNICODE_STRING str = RTL_CONSTANT_STRING(L“my first string!”);

这只能在定义这个字符串的时候使用。为了随时初始化一个字符串，可以使用RtlInitUnicodeString。示例如下：

UNICODE_STRING str;
RtlInitUnicodeString(&str,L”my first string!”);

用本小节的方法初始化的字符串，不用担心内存释放方面的问题。因为我们并没有分配任何内存。

1.3 字符串的拷贝

因为字符串不再是空结束的，所以使用wcscpy来拷贝字符串是不行的。UNICODE_STRING可以用RtlCopyUnicodeString来进行拷贝。在进行这种拷贝的时候，最需要注意的一点是：拷贝目的字符串的Buffer必须有足够的空间。如果Buffer的空间不足，字符串会拷贝不完全。这是一个比较隐蔽的错误。
下面举一个例子。

UNICODE_STRING dst; // 目标字符串
WCHAR dst_buf[256]; // 我们现在还不会分配内存，所以先定义缓冲区
UNICODE_STRING src = RTL_CONST_STRING(L”My source string!”);

// 把目标字符串初始化为拥有缓冲区长度为256的UNICODE_STRING空串。
RtlInitEmptyString(dst,dst_buf,256*sizeof(WCHAR));
RtlCopyUnicodeString(&dst,&src); // 字符串拷贝！

以上这个拷贝之所以可以成功，是因为256比L” My source string!”的长度要大。如果小，则拷贝也不会出现任何明示的错误。但是拷贝结束之后，与使用者的目标不符，字符串实际上被截短了。
我曾经犯过的一个错误是没有调用RtlInitEmptyString。结果dst字符串被初始化认为缓冲区长度为0。虽然程序没有崩溃，却实际上没有拷贝任何内容。
在拷贝之前，最谨慎的方法是根据源字符串的长度动态分配空间。