C++字符串是否会发生缓冲区溢出？

Question

这篇文章是关于C++中的字符串。我很久没有碰过C/C++了；事实上，我只在大学的第一年学习了这些语言，已经有7年了。

在C中，要存储字符串，我必须创建字符数组（无论是静态还是动态，都不重要）。因此，这意味着我需要提前猜测数组将包含的字符串的大小。在C++中，我采用了同样的方法。我知道有一个std::string类，但我从未使用过它。

我的问题是，由于我们从未声明std::string类中数组/字符串的大小，当写入时是否会发生缓冲区溢出。我的意思是，在C中，如果数组的大小为10，而我在控制台上输入了超过10个字符，则额外的数据将被写入到其他对象的内存位置中，该位置与数组相邻。在使用cin对象时，std::string是否会发生类似的情况。

在C++中，使用std::string时，我需要提前猜测字符串的大小吗？

感谢你们所有人。这个页面上没有一个正确的答案（提供了许多不同的解释），所以我不会选择任何一个作为唯一的答案。我对前5个回答感到满意。注意保持安全！

- Jazz

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那么我不需要事先猜测字符串的大小吗？ - Jazz

Answer 1

根据您用于访问string对象的成员而定，如果使用reference operator[](size_type pos)，其中pos>size()，则会发生这种情况。

- dirkgently

Answer 2

假设标准库实现没有错误，std::string总是管理自己的内存。除非你破坏了std::string提供的访问器方法，像这样做： ``` std::string s("hello"); char* p = &s[0]; // 指向 std::string 的内部缓冲区 ```

std::string str = "foo";
char *p = (char *)str.c_str();
strcpy(p, "blah");

在这里你没有任何保护，而且正在触发未定义行为。

- Oliver Charlesworth

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那么只有从 C 派生的函数才会引起问题吗？ - Jazz

@Jazz：好的，dirkgently在他的答案中给了另一个例子。 - Oliver Charlesworth

没有强制类型转换，编译器至少会检测到类型不匹配。修改 const charT* c_str() const; 返回的指针是未定义行为。这是 c_str() 明确规定的要求：要求：程序不得更改字符数组中存储的任何值。 - dirkgently

Answer 3

std::string通常可以防止缓冲区溢出，但仍有可能因编程错误导致缓冲区溢出。虽然C++通常会在操作引用字符串边界外的内存时抛出out_of_range异常，但下标运算符[]（不执行边界检查）不会抛出异常。

另一个问题发生在将std::string对象转换为C风格字符串时。如果使用string::c_str()进行转换，则会得到一个正确的空终止C风格字符串。但是，如果使用string::data()，该方法直接将字符串写入数组（返回指向数组的指针），则会得到一个未以空字符结尾的缓冲区。c_str()和data()之间唯一的区别在于c_str()会添加一个尾随的空字节。

最后，许多现有的C++程序和库都有自己的字符串类。为了使用这些库，您可能必须使用这些字符串类型或不断地进行转换。在安全方面，这些库的质量参差不齐。通常最好使用标准库（如果可能的话）或了解所选库的语义。一般来说，应该根据使用的难易程度、可能出现的错误类型、这些错误产生的难易程度以及可能造成的后果来评估库的优劣。 参考 https://buildsecurityin.us-cert.gov/bsi/articles/knowledge/coding/295-BSI.html 在c语言中，原因如下所述：

void function (char *str) {
       char buffer[16];
       strcpy (buffer, str);
    }
    int main () {
      char *str = "I am greater than 16 bytes"; // length of str = 27 bytes
      function (str);
    }

此程序保证会导致意外行为，因为一个长度为27字节的字符串(str)被复制到了一个仅分配了16字节的位置(buffer)。额外的字节超出了缓冲区并覆盖了为FP、返回地址等分配的空间，这反过来破坏了进程堆栈。用于复制字符串的函数是strcpy，它没有完成任何边界检查。使用strncpy可以防止堆栈的这种损坏。然而，这个经典的例子表明，缓冲区溢出可以覆盖函数的返回地址，从而改变程序的执行路径。请记住，函数的返回地址是内存中下一条指令的地址，该指令在函数返回后立即执行。

这里有一个好教程，可以给你满意的答案。

- Hemant Metalia

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但是楼主正在询问关于std::string的问题。 - Oliver Charlesworth

Answer 4

C++中，std::string类从最小尺寸开始（或您可以指定起始尺寸）。如果超过该尺寸，则std::string会分配更多的动态内存。

- Thomas Matthews

Answer 5

“C++代码会发生缓冲区溢出吗？”

在很大程度上，只要C程序是合法的C++代码（它们几乎都是），并且C程序存在缓冲区溢出问题，那么C++程序也可能存在缓冲区溢出问题。

作为比C更加丰富的语言，我相信C++可以以C无法做到的方式发生缓冲区溢出问题 :-}

- Ira Baxter

Answer 6

假设提供std::string的库已经正确编写，您无法通过向std::string对象添加字符来导致缓冲区溢出。

当然，库中存在漏洞也是有可能的。

- ibid

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更准确地说（但我认为您的答案是发布者正在寻找的），缓冲区溢出将通过std :: bad_alloc异常表现出来，而不是通过损坏的内存。 而且，您需要生成一个相当大的字符串才能发生这种情况。 - James Kanze