C语言 越界访问数组问题

1、数组越界的访问

数组越界访问是指试图访问数组中不存在的元素，如在声明了大小为 5 的数组中访问 array[5] 或更高的索引（数组索引从 0 开始，因此有效索引是 0 到 4）。

#include <stdio.h>

int main() {
    int array[5] = {0, 1, 2, 3, 4};

    printf("array[6] = %d\n", array[6]);  // 越界访问，未定义行为
    return 0;
}

2、数组越界访问异常问题

数组越界访问被视为未定义行为，也就是编译器和系统可能以任何方式处理它，可能出现下面的情况。

1）数据损坏

访问或修改数组之外的内存可能会影响程序的其他数据。

2）程序崩溃

访问无效内存可能会导致段错误（Segmentation Fault）或访问冲突（Access Violation）。

3）安全漏洞

恶意攻击者可能利用这种漏洞篡改内存，从而执行任意代码（比如缓冲区溢出攻击）。

4）不可预测的行为

程序可能表现出不可预测的行为，不同的编译器或不同的运行环境下结果也可能不同。

3、数组越界访问示例

1）段错误（Segmentation Fault）

访问未分配的内存会导致段错误，这是操作系统的保护机制，防止程序非法访问受保护的内存区域。

#include <stdio.h>
int main() {
  int array[5];
  int value = array[1000];  // 大幅越界，可能导致段错误
  return 0;
}

2）数据损坏或覆盖

如果数组越界访问的地址有效，程序可能继续运行，但会破坏其他数据，因可能在意外修改其他变量的值。

#include <stdio.h>
int main() {
  int array[5];
  int anotherVar = 42;
   // 越界，可能会覆盖 anotherVar 的值
  array[6] = 99; 
  return 0;
}

3） 缓冲区溢出漏洞

缓冲区溢出是因为超出数组范围写入数据，可能导致攻击者控制程序流。攻击者可以通过精心构造的数据覆盖返回地址，执行恶意代码。

4、避免数组越界访问方法

1）使用正确的索引范围

始终确保数组索引在合法范围内。使用循环时要特别小心，不要超过数组的大小。

#include <stdio.h>
int main() {
  int array[5];
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
      array[i] = i;  // 确保索引范围在 0 到 4 之间
  }
  return 0;
}

2）使用 sizeof 检查数组大小

在无法确定数组大小的情况下，可以使用 sizeof 来计算数组的元素数量。

#include <stdio.h>
int main() {
  int array[5];
  int size = sizeof(array) / sizeof(array[0]);
  for (int i = 0; i < size; i++) {
      array[i] = i;
  }
  return 0;
}

3）动态分配数组时小心边界

使用动态内存分配时，确保释放的内存不会被非法访问。

#include <stdio.h>
int main() {
  int *array = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
  if (array != NULL) {
      for (int i = 0; i < 5; i++) {
          array[i] = i;
      }
      free(array);
  }
  return 0;
}