嵌入式C语言开发中数组越界问题分析

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。

所谓的数组越界，简单地讲就是指数组下标变量的取值超过了初始定义时的大小，导致对数组元素的访问出现在数组的范围之外，这类错误也是C语言程序中最常见的错误之一。

在C语言中，数组必须是静态的。换而言之，数组的大小必须在程序运行前就确定下来。由于C语言并不具有类似Java等语言中现有的静态分析工具的功能，可以对程序中数组下标取值范围进行严格检查，一旦发现数组上溢或下溢，都会因抛出异常而终止程序。也就是说，C语言并不检验数组边界，数组的两端都有可能越界，从而使其他变量的数据甚至程序代码被破坏。

因此，数组下标的取值范围只能预先推断一个值来确定数组的维数，而检验数组的边界是程序员的职责。

一般情况下，数组的越界错误主要包括两种：数组下标取值越界与指向数组的指针的指向范围越界。

一、数组下标越界简介

1、什么是数组访问越界?

在C语言中，我们可以直接通过数组下标来访问数组中的元素;

如果一个数组定义为有n个元素，那么，对这n个元素(下标为0 到 n-1的元素)的访问都合法，如果对这n个元素之外的访问，就是非法的，称为越界，例如：

int a[5] = {0}; //等价 int a[5] = {0,0,0,0,0};

a[0] = 1; // ok

a[1] = 2; // ok

a[2] = 3; // ok

a[3] = 4; // ok

a[4] = 5; // ok

a[5] = 6; // 数组下标越界

在上面代码中，声明一个数组a[5]，该数组中只能存放5个元素，下标索引值取值范围0~4，超过这个范围就属于下标越界;

2、访问越界会出现什么结果?

首先，它并不会 造成编译错误!就是说，C,C++ 的编译器并不判断和指出你的代码访问越界了。一个明明是错误的东西，就这样“顺利”地通过了编译;

数组访问越界在运行时，它的表现是不定的，有时似乎什么事也没有，程序一直运行(当然，某些错误结果已造成);有时，则是程序一下子崩溃。因此在使用数组时，一定要在编程中判断是否越界以保证程序的正确性。

二、数组下标越界案例

#include

int main()

{

int i, a[10];

for(i = 1; i <= 10; ++i)

a[i] = 0;

return 0;

}

数组中的下标从0开始,那么在上面代码中只能访问：a[1]、a[2]、a[3]、a[4]、a[5]、a[6]、a[7]、a[8]、a[9];当i自加到10时，a[10]属于数组下标越界。

三、防止数组下标越界方法

如果数组的长度和下标访问值弄错，都会造成数组下标越界;数组的下标是从0开始的，最大的访问值是数组的长度-1;

//如果是整形数组

int len = sizeof(array)/sizeof(int);

//如果是字符数组

int len = sizeof(array)/sizeof(char);

//如果是浮点数数组

int len = sizeof(array)/sizeof(double);

//如果是浮点数数组

int len = sizeof(array)/sizeof(float);

for(int i = 0;i < len ; i++)

{

//.....

}

四、数组内存溢出简介

溢出：想象一个桶，桶的容积是有限的，你装满了水以后，如何还要往里面装，那么水就溢出到地面了。

C语言中的溢出和这个原理一样，桶的容积就表示你定义的某一数据的内存大小，往里面写入数据就表示在装水。

案例一：一个计时器，最大计 100s 的时，你让他跑了 120 秒，它就溢出了;

案例二：两个 unsigned char，一个200，一个也是200，相加，结果也就溢出，因为 unsigned char 最大就 255 ;