浅析C语言编程中的数组越界问题

因为C语言不检查数组越界，而数组又是我们经常用的数据结构之一，所以程序中经常会遇到数组越界的情况，并且后果轻者读写数据不对，重者程序crash。下面我们来分析一下数组越界的情况：
1） 堆中的数组越界

因为堆是我们自己分配的，如果越界，那么会把堆中其他空间的数据给写掉，或读取了其他空间的数据，这样就会导致其他变量的数据变得不对，如果是一个指针的话，那么有可能会引起crash

2） 栈中的数组越界

因为栈是向下增长的，在进入一个函数之前，会先把参数和下一步要执行的指令地址（通过call实现）压栈，在函数的入口会把ebp压栈，并把esp赋值给ebp，在函数返回的时候，将ebp值赋给esp，pop先前栈内的上级函数栈的基地址给ebp，恢复原栈基址，然后把调用函数之前的压入栈的指令地址pop出来（通过ret实现）。

栈是由高往低增长的，而数组的存储是由低位往高位存的 ，如果越界的话，会把当前函数的ebp和下一跳的指令地址覆盖掉，如果覆盖了当前函数的ebp，那么在恢复的时候esp就不能指向正确的地方，从而导致未可知的情况，如果下一跳的地址也被覆盖掉，那么肯定会导致crash。

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压入的参数和函数指针

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aa[4]

aa[3]

合法的数组空间   aa[2]

aa[1]

aa[0]

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###sta.c###

#include <stdio.h>

void f(int ai)
{
int aa[5]={1,2,3};
int i = 1;
for (i=0;i<10;i++)
 aa[i]=i;
printf("f()/n");
}

void main()
{
f(3);
printf("ok/n");
}

###sta.s###

     .file  "sta.c"                 ;说明汇编的源程序
    .section    .rodata           ;说明以下是只读数据区
.LC0:
    .string "f()"                  ;"f()" 的类型是string，地址为LC0
    .text                       ;代码段开始
.globl f                         ;f为全局可访问
    .type  f, @function            ; f是函数
f:
    pushl  %ebp
    movl  %esp, %ebp
    subl  $40, %esp
    movl  $0, -24(%ebp)
    movl  $0, -20(%ebp)
    movl  $0, -16(%ebp)
    movl  $0, -12(%ebp)
    movl  $0, -8(%ebp)
    movl  $1, -24(%ebp)
    movl  $2, -20(%ebp)
    movl  $3, -16(%ebp)
    movl  $1, -4(%ebp)
    movl  $0, -4(%ebp)
    jmp   .L2
.L3:
    movl  -4(%ebp), %edx
    movl  -4(%ebp), %eax
    movl  %eax, -24(%ebp,%edx,4)
    addl  $1, -4(%ebp)
.L2:
    cmpl  $9, -4(%ebp)
    jle   .L3
    movl  $.LC0, (%esp)
    call  puts
    leave
    ret
    .size  f, .-f                     ;用以计算函数f的大小
    .section    .rodata
.LC1:
    .string "ok"
    .text
.globl main
    .type  main, @function
main:
    leal  4(%esp), %ecx
    andl  $-16, %esp
    pushl  -4(%ecx)
    pushl  %ebp
    movl  %esp, %ebp
    pushl  %ecx
    subl  $4, %esp
    movl  $3, (%esp)
    call  f
    movl  $.LC1, (%esp)
    call  puts
    addl  $4, %esp
    popl  %ecx
    popl  %ebp
    leal  -4(%ecx), %esp
    ret
    .size  main, .-main
    .ident "GCC: (GNU) 4.1.2 20070115 (SUSE Linux)"        ;说明是用什么工具编译的
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

从main函数开始压入f函数的参数开始，堆栈的调用情况如下

图1  压入参数

图二  通过call 命令压入下一跳地址 IP

图三  函数f 通过pushl   %ebp 把 ebp保存起来

图四  函数 f 通过movl    %esp, %ebp让ebp指向esp，这样esp就可以进行修改，在函数返回的时候用ebp的值对esp进行恢复

图五  函数 f 通过subl    $40, %esp 给函数的局部变量预留空间

图六  int数组 aa[5]占用了20个字节的空间，然后 int i占用了4个字节的空间（紧邻着之前压入栈的%ebp）

故，如果aa[5]进行赋值，则会把 i 的值覆盖掉，

如果对aa[6]进行赋值，则会把 栈中的 %ebp 覆盖掉，那么在函数 f 返回的时候则不能对ebp进行恢复，即main函数的ebp变成了我们覆盖掉的值，程序不知道会发生什么事情，但因为我们的程序接下来没有调用栈中的内容，故还是可以运行的。

如果对aa[7]进行赋值，则会把栈中的 %IP 覆盖掉，在函数 f 返回的时候就不能正确地找到下一跳的地址，会crash；