“C 中的 strcat 函数假定目标字符串足够大以容纳源字符串及其自身的内容”中的混淆。

Question

所以我读到strcat 函数要小心使用，因为目标字符串应该足够大以容纳它自己和源字符串的内容。我编写的以下程序也是如此：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(){
    char *src, *dest;
    printf("Enter Source String : ");
    fgets(src, 10, stdin);
    printf("Enter destination String : ");
    fgets(dest, 20, stdin);
    strcat(dest, src);
    printf("Concatenated string is %s", dest);
    return 0;
}

但我在这里写的不是这样：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(){
    char src[11] = "Hello ABC";
    char dest[15] = "Hello DEFGIJK";
    strcat(dest, src);
    printf("concatenated string %s", dest);
    getchar();
    return 0;
}

这个程序最终将两者相加，而没有考虑到目标字符串不够大。为什么会这样？

Answer 1

strcat 函数无法确切知道目标缓冲区的长度，因此它假定传递给它的缓冲区足够大。如果不是，则通过写入缓冲区末尾来调用undefined behavior。这就是第二段代码中发生的事情。

第一段代码也是无效的，因为src 和dest 都是未初始化的指针。当您将它们传递给fgets 时，它会读取它们包含的任何垃圾值，将其视为有效地址，然后尝试将值写入该无效地址。这也是未定义的行为。

使 C 快速的原因之一是它不会检查以确保您遵守规则。它只是告诉你规则并假设你遵守它们，如果你不这样做，坏事可能会发生也可能不会发生。在您的特定情况下，它似乎有效，但不能保证。

例如，当我运行您的第二段代码时，它似乎也可以工作。但是如果我把它改成这样：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(){
    char dest[15] = "Hello DEFGIJK";
    strcat(dest, "Hello ABC XXXXXXXXXX");
    printf("concatenated string %s", dest);
    return 0;
}

程序崩溃。

Answer 2

为了说明问题，我想指出第二个程序中实际发生的情况。

它在从 dest 开始的内存位置分配 15 个字节，并将 14 个字节复制到其中（包括空终止符）：

    char dest[15] = "Hello DEFGIJK";

...和 ​​src 中的 11 个字节，其中 10 个字节被复制到其中：

    char src[11] = "Hello ABC";

然后，strcat() 调用将 10 个字节（9 个字符加上空终止符）从 src 复制到 dest，从 dest 中的“K”之后开始。 dest 处的结果字符串长度为 23 个字节，包括空终止符。问题是，您在 dest 只分配了 15 个字节，与该内存相邻的内存将被覆盖，即损坏，导致程序不稳定、结果错误、数据损坏等。

请注意，strcat() 函数对您在 dest（或 src，就此而言）分配的内存量一无所知。您需要确保已在 dest 分配了足够的内存以防止内存损坏。

顺便说一句，第一个程序根本不会在 dest 或 src 分配内存，因此您对 fgets() 的调用会破坏从这些位置开始的内存。

Answer 3

两个 sn-ps 都调用 未定义的行为 - 第一个是因为 src 和 dest 没有初始化为指向任何有意义的地方，第二个是因为您正在写超出数组的末尾。

C 不强制对数组访问进行任何类型的边界检查 - 如果您尝试写入超出数组末尾的内容，则不会出现“索引超出范围”异常。如果您尝试越过页面边界访问或破坏诸如帧指针之类的重要内容，您可能会遇到运行时错误，否则您只会冒损坏程序中数据的风险。

是的，您有责任确保目标缓冲区足够大以容纳最终字符串。否则结果是不可预测的。

Answer 4

我认为您的困惑实际上与strcat 的定义无关。您真正的困惑是您假设 C 编译器将强制执行所有“规则”。这个假设是完全错误的。

是的，strcat 的第一个参数必须是指向足以存储连接结果的内存的指针。在您的两个程序中，都违反了该要求。由于两个程序中都没有错误消息，您可能会得到这样的印象，即规则可能不是您认为的那样，即使第一个参数不是足够的指针，调用strcat 也是有效的记忆。但是不，事实并非如此：当内存不足时调用strcat 肯定是错误的。没有错误消息，或者一个或两个程序似乎“工作”的事实证明什么都没有。

这是一个类比。 （你小时候甚至可能有过这种经历。）假设你妈妈告诉你不要跑过马路，因为你可能会被车撞到。假设你无论如何都跑过马路，并且没有被车撞到。你认为你母亲的建议是错误的吗？这是一个有效的结论吗？

总而言之，您阅读的内容是正确的：strcat 必须谨慎使用。但是让我们重新表述一下：你在调用strcat 时必须小心。如果你不小心，各种各样的事情都会出错，没有任何警告。事实上，许多风格指南建议根本不要使用诸如strcat 之类的函数，因为如果你不小心，它们很容易被误用。 （只要你小心，strcat 等函数可以完全安全地使用——但当然不是所有的程序员都足够小心。）

Answer 5

strcat() function 确实要小心使用，因为它不能保护您免受任何伤害。如果源字符串不是以 NULL 结尾的，目标字符串不是以 NULL 结尾的，或者目标字符串没有足够的空间，strcat 仍然会复制数据。因此，很容易覆盖您不想覆盖的数据。确保您有足够的空间是您的责任。使用strncat() 而不是strcat 也会给您一些额外的安全性。

编辑这是一个例子：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char s1[16] = {0};
    char s2[16] = {0};
    strcpy(s2, "0123456789abcdefOOPS WAY TOO LONG");
      /* ^^^ purposefully copy too much data into s2 */
    printf("-%s-\n",s1);
    return 0;
}

我从未分配给s1，所以理想的输出应该是--。但是，由于编译器碰巧在内存中排列s1 和s2，我实际得到的输出是-OOPS WAY TOO LONG-。 strcpy(s2,...) 也覆盖了 s1 的内容。

在 gcc 上，-Wall 或 -Wstringop-overflow 将帮助您检测像这种情况，编译器知道源字符串的大小。但是，一般来说，编译器无法知道您的数据有多大。因此，您必须编写代码，确保不会复制超出您的空间。