C語言為什么不檢查數(shù)組下標

工程師進階筆記

引言
+ o' I) Z% C; i" ~最近在查一個bug，查到最后發(fā)現(xiàn)是數(shù)組越界導致的。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)組下標呢？？？先來個demo驗證下

#include#include
int main(){    int data[5]={0};    for(int i=0;i8;++i)    {        printf("%d ",data);    }    printf("
! C5 {) v, @- k- }% U5 t& J");
    return 0;}結(jié)果顯示，C語言還真的不檢查數(shù)組的下標。不僅沒有報錯，而且運行正常

思考
這就讓我陷入了思考，C語言為什么不檢查下標呢？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：
+ }; K! i2 [( k: Q, e$ [

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
  Q3 P  K' @+ D7 b! s7 Z; J",*(p-1));}運行結(jié)果如下
6 k. m2 k: [+ T% N; f3 [
不僅可以編譯通過，還能正確的輸出結(jié)果為1。這表明，C的下標引用和間接訪問表達式是一樣的。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（不懂的同學看之前的推文《指針與數(shù)組》）C語言很難檢查下標合法性的。如果C語言檢查數(shù)組是否越界，因為當數(shù)組出現(xiàn)在表達式中的時候，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行加減運算。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，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，證實下標的結(jié)果所引用的元素和指針表達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行效率。這也讓我意識到一個事情：數(shù)組的標識符（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]));
為什么不修復“漏洞”
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這個“漏洞”呢？其他編程語言會吸取“教訓”嗎？學過JAVA的同學可以看下面代碼

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)
會明確告訴你數(shù)組下標越界了，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：提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、僅產(chǎn)生少量的機器碼以及不需要任何運行環(huán)境支持便能運行的編程語言。如果C語言加入了類似下標檢查，實現(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是否正確，那么還符合C語言設(shè)計目標嗎？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？單片機等實時系統(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，C語言難道一點進步也沒有嗎？其實也不然，微軟在這一方面也做了貢獻。在早期的CRT函數(shù)中也不對字符串指針或數(shù)組進行越界檢查，都是要求程序員確�？臻g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，不懂的同學請面向百度編程）。
總結(jié)
. n% ^: X5 u: G' @: N, TC語言為什么不檢查數(shù)組下標？？？答案一個字：
* G: Y( F8 Y2 v5 a" l/ W* n; y+ w& ?0 K快
' w& i2 _9 O/ ~6 y4 t( e* HEND


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