realloc 函数如何处理字符串中的 null 字节？

Question

我是一名相对新手的C程序员。我正在为一个练习C语言的项目编写教程，现在正在审查以下代码。 abuf 结构体的目的是创建一个可以追加的字符串。以下是代码：

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

typedef struct abuf {
    char* str;
    unsigned int size;
} abuf;


void abAppend(abuf *ab, const char *s, int len) {
  char *new = realloc(ab->str, ab->size + len);
  if (new == NULL) return;
  memcpy(&new[ab->size], s, len);
  ab->str = new;
  ab->size += len;
}

int main(void) {
    abuf ab = {
        NULL,
        0
    };

    char *s = "Hello";

    abAppend(&ab, s, 5);
    abAppend(&ab, ", world", 7);

    return 0;
}

一切都编译通过了，我的测试（为简单起见已删除）显示字符串“Hello”存储在ab的str指针中，然后在第二次调用abAppend后变成“Hello, world”。但是，这段代码中的某些内容让我感到困惑。在对abAppend进行初始调用时，str指针为空，因此根据其手册，realloc应该像malloc一样分配5个字节的空间来存储字符串。但是，字符串“Hello”还包含终止的空字节\0。如果我理解正确，这应该是字符串的第六个和最后一个字节。如果我们将“Hello\0”存储在只足以存储“Hello”的malloc容器中，那么这个空字节不就丢失了吗？

在第二次调用abAppend时，我们将", world"连接到str。 realloc将扩大str到12个字节，但第13个字节\0没有计算在内。然而，一切都正常运行，如果我使用像for (int i = 0; ab.str[i] != '\0'; i++)这样的循环测试空字节，循环可以正常工作并增加i 12次（0到11），并停止，这意味着它在第13次迭代时遇到了空字节。我不明白的是，如果我们没有为其分配空间，为什么会遇到空字节。

我尝试通过奇怪的字符串组合来破坏此代码，但无济于事。我还尝试在每次调用abAppend时分配一个额外的字节，并稍微更改函数以考虑额外的空间，结果与此版本完全相同。我不明白空字节是如何被处理的。

- David Rudenya

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如果你想要NUL终止，你需要添加+1。 - tadman

除了realloc会复制原始内存内容（但不会初始化额外的内存），malloc和realloc都不会初始化分配的内存。 - Weather Vane

malloc()和realloc()对字符串一无所知，它们只分配请求的内存量，可以用于任何类型的数据。你需要自己考虑空字节的问题。 - Barmar

“Hello” 是6个字节，而不是5个字节，“，world” 是8个字节，而不是7个字节。 - Weather Vane

Answer 1

realloc 如何对待字符串中的空字节？

realloc 的行为不受其管理的内存内容影响。

但字符串 "Hello" 含有终止空字节 \0。应该是字符串的第六个和最后一个字节...

使用 memcpy(&new[ab->size], s, len); 进行字符复制，其中 len 为 5。 memcpy 不考虑是否存在终止空字节就进行字符复制。给定长度为 5，它将复制 5 个字节，不会在这些字节后追加终止空字符。

realloc 将扩大 str 到 12 字节，但未计算第 13 个字节 \0。

在对 abAppend 进行第二次调用时，通过 memcpy 再复制了 7 个字节，紧接着前面的 5 个字节。 memcpy 给定长度为 7，只会复制 7 个字节。

...它在第 13 次迭代时遇到了空字节。

当您测试 ab.str[12] 时，您超出了 C 标准定义的行为规则。 ab.str[12] 超出了已分配内存的范围。如果此操作是在一个已完成一些先前工作的较大程序中进行的，则该字节可能仅包含空字节，因为该内存尚未被其他进程用于其他目的，这就是为什么您的循环停止的原因。如果您在一个已经执行过其他工作的更大程序中尝试此操作，那么该字节可能包含不同的值，并且您的测试可能以各种方式出错。

- Eric Postpischil

Answer 2

你说得对，你只为字符串“Hello”中的字符分配了空间，但没有为终止的空字节分配空间，第二次调用只添加了足够的字节以容纳字符串“，world”的字符，而没有空终止字节。

因此，你拥有的是一个字符数组，而不是一个字符串，因为它没有空终止符。如果你尝试读取超过分配的字节，就会触发未定义行为，UB可能表现为事情似乎正常工作的一种方式。

所以你“幸运地”发现事情好像是为终止的空字节分配了空间并设置了它。

- dbush