C語言為什么不檢查數(shù)組下標(biāo)

工程師進(jìn)階筆記

引言
最近在查一個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個字節(jié)，代碼卻向這個數(shù)組填充了35個數(shù)據(jù)，這個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語言為什么不檢查數(shù)組下標(biāo)呢？？？先來個demo驗(yàn)證下
1 \# f( C* R# N1 Y2 Q1 t" W

#include#include
. _5 l- o# w6 e, G& O9 Uint main(){    int data[5]={0};    for(int i=0;i8;++i)    {        printf("%d ",data);    }    printf("
1 G' i& `# t7 i7 o( P");
& n2 ^5 |- ?0 k, y9 C' U" b    return 0;}結(jié)果顯示，C語言還真的不檢查數(shù)組的下標(biāo)。不僅沒有報錯，而且運(yùn)行正常

思考
' d: [/ i4 s  ~這就讓我陷入了思考，C語言為什么不檢查下標(biāo)呢？想上文這么簡單的，data數(shù)據(jù)組就5個數(shù)據(jù)，編譯器是知道的，為什么是訪問第8個數(shù)據(jù)時，編譯器來個報錯也沒有呢？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
",p[-1]);    printf("*(p-1) is %d
",*(p-1));}運(yùn)行結(jié)果如下
& a$ K- B' B7 v# k7 u! y
: _% P8 J. T, v- V$ v不僅可以編譯通過，還能正確的輸出結(jié)果為1。這表明，C的下標(biāo)引用和間接訪問表達(dá)式是一樣的。這讓我突然意識到，數(shù)組的這些特性，如數(shù)組名本質(zhì)上是一個常量指針（不懂的同學(xué)看之前的推文《指針與數(shù)組》）C語言很難檢查下標(biāo)合法性的。如果C語言檢查數(shù)組是否越界，因?yàn)楫?dāng)數(shù)組出現(xiàn)在表達(dá)式中的時候，它會立刻被解讀成指針。此外，使用其他的指針變量也可以指向數(shù)組的任意元素，并且這個指針可以隨意進(jìn)行加減運(yùn)算。引用數(shù)組元素的時候，雖然你可以寫成a，但是它只不過是*(a+i)的一種表達(dá)，C語言本身的語法是無法檢查的，只能通過編譯器檢查。那么編譯器將加入額外的代碼用于檢測數(shù)組是否越界，C的下標(biāo)檢查所涉及的開銷比你開始想象的要多。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數(shù)組，可能僅僅是個小功能，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。這也讓我意識到一個事情：數(shù)組的標(biāo)識符（也就是數(shù)組名），它只包含并沒有包含數(shù)組的長度的信息，它只是個地址信息，也就是上面說的數(shù)組名本質(zhì)上是個常量指針。讀到這里，請你想一下，C語言有提供數(shù)組長度的底層函數(shù)嗎？？？答案是否定的，一般情況下，我們獲取一個數(shù)組的長度，我們可以獲取數(shù)組所占的內(nèi)存大小，然后除以單個元素的內(nèi)存大小計算數(shù)組長度。

int a[8];printf("%d",sizeof(a)/sizeof(a[0]));
3 s) V6 z  j& d為什么不修復(fù)“漏洞”
- D- U9 r6 n$ Q- D, O$ m4 N+ W$ S& ?既然我們發(fā)現(xiàn)了上述問題，那么那些C語言的大神為什么不修復(fù)這個“漏洞”呢？其他編程語言會吸取“教訓(xùn)”嗎？學(xué)過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]);這也是一個數(shù)組越界訪問的例子，但是JAVA的控制臺會打印如下信息Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 2
at demo.Array.main(Array.java:31)
, f( ^( v# O* E會明確告訴你數(shù)組下標(biāo)越界了，是的，高級語言JAVA是支持的。那么我們就來講講C語言的設(shè)計目標(biāo)：提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、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)行的編程語言。如果C語言加入了類似下標(biāo)檢查，實(shí)現(xiàn)一個簡單的數(shù)組數(shù)據(jù)寫入，需要大量指令檢查下標(biāo)是否正確，那么還符合C語言設(shè)計目標(biāo)嗎？如果C語言有大量的這樣設(shè)計，操作系統(tǒng)內(nèi)核還會使用C語言編寫嗎？單片機(jī)等實(shí)時系統(tǒng)還會使用C語言嗎？所以C語言給了程序員更大空間，C語言執(zhí)行效率高，可以直接訪問硬件，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語言編寫的。那么問題來了，JAVA都檢查了數(shù)組下標(biāo)，C語言難道一點(diǎn)進(jìn)步也沒有嗎？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)請面向百度編程）。
總結(jié)
C語言為什么不檢查數(shù)組下標(biāo)？？？答案一個字：
) D) J) `4 t* u7 n0 \快
7 o7 h# s; R' X+ I5 ?4 nEND
# w! e( J) k8 C8 A$ L! D& _
8 W) P$ W2 |) L  i- |
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