C語(yǔ)言為什么不檢查數(shù)組下標(biāo)

工程師進(jìn)階筆記

引言
- `9 I6 A* ^# y$ P% x4 \+ ~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
! e5 M$ F) Q4 t0 W

#include#include
int main(){    int data[5]={0};    for(int i=0;i8;++i)    {        printf("%d ",data);    }    printf("
");
/ ]# D9 n+ {4 I' V* 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：
% D. e- b: U6 o5 h4 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
. J$ P0 ?! q( y2 x. S",*(p-1));}運(yùn)行結(jié)果如下
3 f* z, J" r: {  ~3 \; _8 V8 G
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，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
2 I8 k7 z) N; n# G& n  s* h

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
$ p9 }& P( N! A* N( jat demo.Array.main(Array.java:31)
" `5 a6 D% p! i0 C" K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�？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(diǎn)，不懂的同學(xué)請(qǐng)面向百度編程）。
- v4 m  W7 D3 m: R總結(jié)
4 e4 z7 ~7 Q2 |6 rC語(yǔ)言為什么不檢查數(shù)組下標(biāo)？？？答案一個(gè)字：
" h& Q$ x; y4 z, y' n+ F快
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