• 编写安全代码：数组和指针的本质以及何时不能互换

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    今天，主要研究一下数组和指针的本质，即它们到底是什么？（下文都是我自己的理解，也许不够准确，欢迎大家拍砖）
    请看下面的代码：
    1. #include <stdlib.h>
    2. #include <stdio.h>

    4. int main()
    5. {
    6.     int array[4] = {0};
    7.     int *pointer = NULL;
    8.     int value = 0;

    10.     value = array;
    11.     value = &array;
    12.     value = array[0];
    13.     value = &array[0];
    14.     value = point;
    15.     value = &point;

    17.     return 0;
    18. }
    下面是该C程序的汇编代码：
    1.   1 0x08048394 <+0>: push %ebp
    2.   2 0x08048395 <+1>: mov %esp,%ebp
    3.   3 0x08048397 <+3>: sub $0x20,%esp
    4.   /*
    5.   第4行至第7行对应C代码int array[4] = {0};
    6.   这里说明数组只是一个同类型变量的内存空间的集合。
    7.   对应这个例子，在栈上申请了4个整形变量的空间。
    8.   */
    9.   4 0x0804839a <+6>: movl $0x0,-0x14(%ebp)
    10.   5 0x080483a1 <+13>: movl $0x0,-0x10(%ebp)
    11.   6 0x080483a8 <+20>: movl $0x0,-0xc(%ebp)
    12.   7 0x080483af <+27>: movl $0x0,-0x8(%ebp)
    13.   /*
    14.   第8行对应int *point = NULL; 
    15.   这里说明指针本身自己也是一个变量，同样占用了栈的空间。
    16.   在这处要对比数组的处理，数组的占用的空间实际上是数组中的元素所占用的。
    17.   在本例中，即array[0],array[1],array[2],array[3]，而array本身实际上更像一个label。
    18.   */
    19.   8 0x080483b6 <+34>: movl $0x0,-0x18(%ebp)
    20.   // 第9行对应int value = 0;
    21.   9 0x080483bd <+41>: movl $0x0,-0x4(%ebp)
    22.  /*
    23.  10~11行，对应代码value = array
    24.  因为array只是一个数组的名称，所以value = array就是将array数组的首元素的地址赋给value。
    25.  这个应该就是C标准的一个规则。这也是最合理的行为，因为如果不是取array数组的首地址，其它的行为更加没有意  义。
    26.  */
    27.  10 0x080483c4 <+48>: lea -0x14(%ebp),%eax
    28.  11 0x080483c7 <+51>: mov %eax,-0x4(%ebp)
    29.  /*
    30.  12~13行，对应代码value = &array
    31.  从C语言的语义上看，就是取array的地址。
    32.  从汇编上看，也是取array数组的首元素的地址。
    33.  */
    34.  12 0x080483ca <+54>: lea -0x14(%ebp),%eax
    35.  13 0x080483cd <+57>: mov %eax,-0x4(%ebp)
    36.  /*
    37.  14~15行, 对应代码value = array[0]
    38.  这里与上文不同，取数组的内容赋给value
    39.  */
    40.  14 0x080483d0 <+60>: mov -0x14(%ebp),%eax
    41.  15 0x080483d3 <+63>: mov %eax,-0x4(%ebp)
    42.  /* 
    43.  16~17行，对应代码value = &array[0]
    44.  很明显，取array[0]的地址赋给value
    45.  */
    46.  16 0x080483d6 <+66>: lea -0x14(%ebp),%eax
    47.  17 0x080483d9 <+69>: mov %eax,-0x4(%ebp)
    48.  /*
    49.  18~19行，对应代码value = pointer;
    50.  按照上文的说明，指针本身就是一个变量，所以这里就是将这个变量的值赋给value，即pointer的值赋给value，
    51.  也就是0.
      注意这里与value=array的区别。因为指针本身就是一个变量，所以value = pointer的合理语义就是将pointer的   值赋给value，而array本身并不是一个变量，所以value=array的语义，也是将array的数组首元素的地址赋给value。
    1.  */
    2.  18 0x080483dc <+72>: mov -0x18(%ebp),%eax
    3.  19 0x080483df <+75>: mov %eax,-0x4(%ebp)
    4.  /*
    5.  20~21行，对应代码value = &pointer；
    6.  取pointer的地址赋给value
    7.  */
    8.  20 0x080483e2 <+78>: lea -0x18(%ebp),%eax
    9.  21 0x080483e5 <+81>: mov %eax,-0x4(%ebp)
    10.  /*
    11.  22~24行，对应代码value = *pointer;
    12.  取poniter保存的值，将这个值作为一个地址，然后取该地址的值赋给value。
    13.  在这里，pointer的值是0，所以这句话的语义是从pointer取出它的值0，然后从地址0取值赋给value。
    14.  当然，如果执行到这里，程序会crash。因为地址0为非法地址。
    15.  */
    16.  22 0x080483e8 <+84>: mov -0x18(%ebp),%eax
    17.  23 0x080483eb <+87>: mov (%eax),%eax
    18.  24 0x080483ed <+89>: %eax,-0x4(%ebp)
    19.  22 0x080483f0 <+92>: mov $0x0,%eax
    20.  23 0x080483f5 <+97>: leave
    21.  24 0x080483f6 <+98>: ret
    从上面的分析中，可以看出，尽管大多数情况下，数组和指针可以通用。但是由于对于&符号的不同的语义解释，在有&的情况下的代码，数组和指针是无法通用的。

    请看下面的代码
    1. #include <stdlib.h>
    2. #include <stdio.h>


    5. static void show_str_pointer(const char **ppstr)
    6. {
    7.     printf("%s ", *ppstr);
    8. }

    10. int main()
    11. {
    12.     char array[4] = "abc";
    13.     char *pointer = "abc";

    15.     show_str_pointer(&pointer);
    16.     show_str_pointer(&array);

    18.     return 0;
    19. }
    执行结果为：
    abc
    7�
    其中show_str_pointer(&pointer)的输出结果为我们所期望的，而show_str_pointer(&array)的输出为乱码。

    其根本原因就是因为上面所揭示的数组和指针的本质不同, &array与array的语义相同。在这里指针与数组是不能互换的。&pointer为指针的地址，与show_str_pointer参数char**ppstr，指向指针的指针的变量类型相同。而&array仍然为数组地址，与参数char **ppstr的类型不符。

    最后希望，大家从上面的分析和例子中，可以理解数组和指针的本质，以及何时它们之间可以互换，何时不能互换。


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