一道C语言安全编码题目

1、前言

　　最近在网上看到一道C语言题目，用C语言实现一个函数，给定一个int类型的整数，函数输出逆序的整数，例如输入123，则输出字符串"321",，输入-123，则输出字符串"-321"。题目要求，不使用标准库，不得分配内存。当时觉得蛮简单的，这不就是类似字符串逆转嘛，自己尝试做了一下，测试发现，还是有很多地方考虑不周全。今天在此整理一下基础知识，作为一名安全开发人员，时刻需要注意代码的安全，防止有任何漏洞。题目给出的函数如下：

#include <stdio.h>

const char * parseInt(int data)
{
    return "321";
}

int main()
{
    printf("%s
", parseInt(123));
    return 0;
}

2、思考过程

　　写代码最怕的就是没有想好，一上来就写，在写的过程中不断的测试修改，这样很浪费时间。因此需要先好好想一下，这个题目到底考些什么呢？

（1）int类型的整数分为正数、0、负数，如何处理这些边界值

（2）整数与字符串之间的转换，如何将一个整数转换为一个字符

（3）如何返回一个const char * 类型的字符串

（4）当输入的整数超过int的范围如何处理

3、编码过程

　　开始写代码的思路如下：定义一个char类型的数组，用于保存结果。使用对10取余和除法操作依次获取每一位的数字，然后根据ASSIC码转换为字符。将字符拼接起来，返回字符串数组结果。编码实现如下：

const char * parseInt(int data)
{
    char str[16] = {0};
    int i = 0;
    if (data < 0) {
        data = -data;
        str[i++] = '-';
    }
    int tmp = data;
    while (tmp / 10) {
        char ch = tmp % 10 + 48;
        tmp = tmp / 10;
        str[i++] = ch;
    }
    str[i++] = tmp % 10 + 48;return str;
}

当初没有考虑那么多，编译发现出现如下错误：

一看编译错误，才意识到自己掉入坑中。题目要求返回一个字符串，而且不用分配内存。当时就想直接定义一个字符数组进行返回，而定义的str属于函数局部变量。

一个函数的局部变量都是存在stack中的，当这个函数调用过程结束时，这个局部变量都是要释放掉的，所以就会产生这样的warning，这个是和变量的life time相关的，所以解决方法有：

1.将char result[16]改为static型

2.使用malloc向heap申请，这些是需要caller用free去释放的

　　于是使用static 类型字符串，代码改进如下：

const char * parseInt(int data)
{
    static char str[16] = {0};
    int i = 0;

    if (data < 0) {
        data = -data;
        str[i++] = '-';
    }   

    int tmp = data;
    while (tmp / 10 != 0) {
        char ch = tmp % 10 + 48; 
        tmp = tmp / 10; 
        str[i++] = ch; 
    }   
    str[i++] = tmp % 10 + 48; 
    return str;
}

int main()
{
　　printf("%s ", parseInt(123));
　　printf("%s ", parseInt(12345678));
　　printf("%s ", parseInt(-89790));
　　return 0;
}

测试结果如下：

改为static之后，编译成功，看输出的结果上看，前面两个输出是正确的，而第三个输出的结果是错误的。尼玛，再次掉入坑中，对static变量的应用不精通啊。为什么每次到看到结果后才想起来？

虽然在函数中定义了static局部变量，使得变量的变为静态stack存储区域，生命周期从函数中变成了这个程序的范围。但是static局部变量在函数第一次调用的时候会初始化，后面调用就不会了，直接使用了。因此导致了刚才的结果输出不对，复用了上次遗留的结果。

static静态局部变量属于静态存储方式，它具有以下特点：
　(1)静态局部变量在函数内定义 它的生存期为整个源程序，但是其作用域仍与自动变量相同，只能在定义该变量的函数内使用该变量。退出该函数后， 尽管该变量还继续存在，但不能使用它。
　(2)允许对构造类静态局部量赋初值 例如数组，若未赋以初值，则由系统自动赋以0值。
　(3)对基本类型的静态局部变量若在说明时未赋以初值，则系统自动赋予0值。而对自动变量不赋初值，则其值是不定的。 根据静态局部变量的特点， 可以 看出它是一种生存期为整个源程序的量。虽然离开定义它的函数后不能使用，但如再次调用定义它的函数时，它又可继续使用， 而且保存了前次被调用后留下的 值。 因此，当多次调用一个函数且要求在调用之间保留某些变量的值时，可考虑采用静态局部变量。虽然用全局变量也可以达到上述目的，但全局变量有时会造成 意外的副作用，因此仍以采用局部静态变量为宜。

　第一次调用函数，static变量，初始化。
　第二次，及以后，调用函数，static变量，不会初始化。

继续改进代码，在函数中将static变量每次使用for循环进行初始化，改进代码如下：

#include <stdio.h>

const char * parseInt(int data)
{
    static char str[16] = {0};
    int i = 0;

 8     int t = 0;
 9     for (; t < 16; t++) {
10         str[t] = 0;
11     }
12 
    if (data < 0) {
        data = -data;
        str[i++] = '-';
    }

    int tmp = data;
    while (tmp / 10 != 0) {
        char ch = tmp % 10 + 48;
        tmp = tmp / 10;
        str[i++] = ch;
    }

    str[i++] = tmp % 10 + 48;

    return str;
}

int main()
{
    printf("%s
", parseInt(123));
    printf("%s
", parseInt(12345678));
    printf("%s
", parseInt(-89790));
    return 0;
}

这次输出结果如下：

终于得到了正确答案，看似很简单的题目，折腾的这么久，才搞出来。扩展一下，大家看看如下这个输出什么呢：

printf("%s, %s, %s
", parseInt(98989),parseInt(-4567), parseInt(123456));

这个结果是什么呢？为什么会这样呢？

 printf("%s
", parseInt(0x8FFFFFFF));
 printf("%s
", parseInt(0xFFFFFFFF));

这个结果是什么呢？为什么会这样呢？

int 类型4个字节，32位组成。int的最高位作为符号位，需要特殊处理。

实际运行结果如下：