引言

最近在查一個(gè)bug，查到最后發(fā)現(xiàn)是數(shù)組越界導(dǎo)致的。數(shù)組只有30個(gè)字節(jié)，代碼卻向這個(gè)數(shù)組填充了35個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)bug還是偶現(xiàn)的，查到它確實(shí)廢了一番功夫。我就突然想到：C語(yǔ)言為什么不檢查數(shù)組下標(biāo)呢???先來(lái)個(gè)demo驗(yàn)證下。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int data[5]={0};
    for(int i=0;i<8;++i)
    {
        printf("%d ",data[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

結(jié)果顯示，C語(yǔ)言還真的不檢查數(shù)組的下標(biāo)。不僅沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，而且運(yùn)行正常。

思考

這就讓我陷入了思考，C語(yǔ)言為什么不檢查下標(biāo)呢?想上文這么簡(jiǎn)單的，data數(shù)據(jù)組就5個(gè)數(shù)據(jù)，編譯器是知道的，為什么是訪問(wèn)第8個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，編譯器來(lái)個(gè)報(bào)錯(cuò)也沒(méi)有呢?我想到了之前的文章《??指針與數(shù)組??》中有如下示例代碼：

void main()
{
    int data[4] = {0, 1, 2, 3};
    int *p;
    p = data +2;
    printf("p[-1] is %d\n",p[-1]);
    printf("*(p-1) is %d\n",*(p-1));
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

不僅可以編譯通過(guò)，還能正確的輸出結(jié)果為1。這表明，C的下標(biāo)引用和間接訪問(wèn)表達(dá)式是一樣的。

這讓我突然意識(shí)到，數(shù)組的這些特性，如數(shù)組名本質(zhì)上是一個(gè)常量指針(不懂的同學(xué)看之前的推文《??指針與數(shù)組??》)C語(yǔ)言很難檢查下標(biāo)合法性的。

如果C語(yǔ)言檢查數(shù)組是否越界，因?yàn)楫?dāng)數(shù)組出現(xiàn)在表達(dá)式中的時(shí)候，它會(huì)立刻被解讀成指針。此外，使用其他的指針變量也可以指向數(shù)組的任意元素，并且這個(gè)指針可以隨意進(jìn)行加減運(yùn)算。引用數(shù)組元素的時(shí)候，雖然你可以寫(xiě)成a[i]，但是它只不過(guò)是*(a+i)的一種表達(dá)，C語(yǔ)言本身的語(yǔ)法是無(wú)法檢查的，只能通過(guò)編譯器檢查。

那么編譯器將加入額外的代碼用于檢測(cè)數(shù)組是否越界，C的下標(biāo)檢查所涉及的開(kāi)銷(xiāo)比你開(kāi)始想象的要多。編譯器必須在程序中插入指令，證實(shí)下標(biāo)的結(jié)果所引用的元素和指針表達(dá)式所指向的元素屬于同一個(gè)數(shù)組，可能僅僅是個(gè)小功能，生成的程序的數(shù)組檢查占有大量的代碼空間，這必將影響程序的運(yùn)行效率。

這也讓我意識(shí)到一個(gè)事情：數(shù)組的標(biāo)識(shí)符(也就是數(shù)組名)，它只包含并沒(méi)有包含數(shù)組的長(zhǎng)度的信息，它只是個(gè)地址信息，也就是上面說(shuō)的數(shù)組名本質(zhì)上是個(gè)常量指針。讀到這里，請(qǐng)你想一下，C語(yǔ)言有提供數(shù)組長(zhǎng)度的底層函數(shù)嗎???

答案是否定的，一般情況下，我們獲取一個(gè)數(shù)組的長(zhǎng)度，我們可以獲取數(shù)組所占的內(nèi)存大小，然后除以單個(gè)元素的內(nèi)存大小計(jì)算數(shù)組長(zhǎng)度。

int a[8];
printf("%d",sizeof(a)/sizeof(a[0]));

為什么不修復(fù)“漏洞”

既然我們發(fā)現(xiàn)了上述問(wèn)題，那么那些C語(yǔ)言的大神為什么不修復(fù)這個(gè)“漏洞”呢?其他編程語(yǔ)言會(huì)吸取“教訓(xùn)”嗎?學(xué)過(guò)JAVA的同學(xué)可以看下面代碼：

int [][] array = {{1,2,3},{1,4}};
System.out.println(array[1][2]);

這也是一個(gè)數(shù)組越界訪問(wèn)的例子，但是JAVA的控制臺(tái)會(huì)打印如下信息：

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 2

at demo.Array.main(Array.java:31)。

會(huì)明確告訴你數(shù)組下標(biāo)越界了，是的，高級(jí)語(yǔ)言JAVA是支持的。

那么我們就來(lái)講講C語(yǔ)言的設(shè)計(jì)目標(biāo)：提供一種能以簡(jiǎn)易的方式編譯、處理低級(jí)存儲(chǔ)器、僅產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運(yùn)行環(huán)境支持便能運(yùn)行的編程語(yǔ)言。

如果C語(yǔ)言加入了類(lèi)似下標(biāo)檢查，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)組數(shù)據(jù)寫(xiě)入，需要大量指令檢查下標(biāo)是否正確，那么還符合C語(yǔ)言設(shè)計(jì)目標(biāo)嗎?如果C語(yǔ)言有大量的這樣設(shè)計(jì)，操作系統(tǒng)內(nèi)核還會(huì)使用C語(yǔ)言編寫(xiě)嗎?單片機(jī)等實(shí)時(shí)系統(tǒng)還會(huì)使用C語(yǔ)言嗎?

所以C語(yǔ)言給了程序員更大空間，C語(yǔ)言執(zhí)行效率高，可以直接訪問(wèn)硬件，具有非常好的可移植性，所以世界上絕大部分的操作系統(tǒng)內(nèi)核都是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。

那么問(wèn)題來(lái)了，JAVA都檢查了數(shù)組下標(biāo)，C語(yǔ)言難道一點(diǎn)進(jìn)步也沒(méi)有嗎?其實(shí)也不然，微軟在這一方面也做了貢獻(xiàn)。

在早期的CRT函數(shù)中也不對(duì)字符串指針或數(shù)組進(jìn)行越界檢查，都是要求程序員確保空間足夠，因此也才也才有了在VS2005之后微軟提供的安全的CRT函數(shù)版本。(CRT函數(shù)不是本文的重點(diǎn)，不懂的同學(xué)請(qǐng)面向百度編程)。

總結(jié)

C語(yǔ)言為什么不檢查數(shù)組下標(biāo)???答案一個(gè)字：快。