如何防止缓冲区溢出/数组溢出？

Question

我最近在为自定义串行通信协议编写代码。我使用接收数据的一部分(8/16位)来表示帧大小。根据这个数据，我期望有一定数量的数据跟随。我使用Crc来接受或拒绝一个帧。但是，在处理一个帧之前，我无法将帧长度数据包含在Crc中，因为在接收端，我应该知道要期望多少数据。

我遇到的问题是，偶尔这个帧长度数据会损坏，并欺骗接收器接收那么多字节，而接收数组大小远小于那个数值。这会破坏许多关键系统变量，这些变量存在于连续的内存位置中。

如何防止缓冲区溢出？我的想法是： 1）如果超过某个值，则拒绝帧长度数据。 2）使用限制最大数量的数据类型。例如，使用short将数组索引范围限制在256个内存位置内，并创建一个具有280个字节的缓冲区。 3）在单独的位置分配内存，这样就不会影响关键系统变量。

为了防止陷入接收循环中，我使用超时来预防。但是我忽略了这个问题的方面。由于这段代码是大型系统代码的一部分，而我不是专家，所以花了很长时间来确认和重现这个问题。

通常如何安全地处理这种问题？ 此外：在使用数组时，有哪些一般考虑因素或标准实践可以防止溢出？

- seetharaman

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发送缓冲区长度两次（第二次可能是反转的）。如果匹配，就没问题。 - Weather Vane

您可以通过选择包括奇偶校验位的串行协议来改善错误检测。 - John Bollinger

简单的解决方案就是这样。另一个解决方案是发送一个固定大小的头部，该头部本身具有CRC或某种前向纠错。 - user3386109

即使客户端接收到一个损坏的帧长度，也没有理由可以愚弄客户端进入缓冲区溢出。客户端知道它的缓冲区大小，并且完全控制存储字节的数量和位置。 - John Bollinger

无论如何，没有100%可靠的错误检测机制。这完全取决于你想要投入多少数据和计算量来进行错误检测，以及你希望数据被损坏的概率有多小，以至于无法被检测到。 - John Bollinger

Answer 1

有很多方法可以用来减少这个问题，但是一般情况下没有一种适合所有情况的解决方案。你必须做出决策，并了解如果出现问题会发生什么，并使系统能够处理它。

你必须弄清楚什么最适合你的系统。例如，如果您从未期望消息大于256，则将缓冲区的大小声明为0xFF，将缓冲区的索引声明为uint8_t，您永远无法超过插入一个字节时索引不会达到256并溢出回到0的限制。当然，这样做的缺点是，如果确实发生这种情况，则会覆盖一些接收到的数据，但crc检查应在大多数情况下显示错误。

另一件事情是将数据长度与缓冲区最大值进行比较，如果超过缓冲区，则不存储消息。因此，您将直接拒绝任何数据长度太大且已接收到的消息，但不存储跨越的数据。显然，如果数据长度经常损坏，则会遇到许多问题。

说实话，最好的方法是重新思考你的自定义串行通信协议。听起来它似乎无法很好地处理你遇到的错误。你可以在消息的开头和结尾添加同步字节，以确保你实际上接收到了好的数据，并对整个消息进行CRC校验，而且定义最大数据包大小，这些数据包将通过线路传输，并指示需要接收多少个数据包。如果通信协议不是很好，那么你必须从底层重新考虑它。

- Dom

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我将尝试使用unit8。我已经在帧的开头使用同步字节。只有在检测到同步字节后，我才获取此帧大小数据。似乎数据损坏发生在帧中的随机字节，而其他字节似乎正常。 - seetharaman

Answer 2

首先，检查是否存在帧错误和奇偶校验错误。

其次，检查数据大小的幅度。如果太大或太小，则拒绝整个数据块。

- user3629249

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我正在使用头文件来检测帧的起始位置和进行位定位。至于奇偶校验，我没有使用UART，因此在软件中进行计算将会增加开销。检查帧的大小并拒绝可能是可行的。 - seetharaman