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：#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main()

{

int array[4] = {0};

int *pointer = NULL;

int value = 0;

value = array;

value = &array;

value = array[0];

value = &array[0];

value = point;

value = &point;

return 0;

}
下面是该C程序的汇编代码： 1 0x08048394 <+0>: push %ebp

2 0x08048395 <+1>: mov %esp,%ebp

3 0x08048397 <+3>: sub $0x20,%esp

/*
第4行至第7行对应C代码int array[4] = {0};
这里说明数组只是一个同类型变量的内存空间的集合。
对应这个例子，在栈上申请了4个整形变量的空间。
*/

4 0x0804839a <+6>: movl $0x0,-0x14(%ebp)

5 0x080483a1 <+13>: movl $0x0,-0x10(%ebp)

6 0x080483a8 <+20>: movl $0x0,-0xc(%ebp)

7 0x080483af <+27>: movl $0x0,-0x8(%ebp)

/*
第8行对应int *point = NULL;
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。
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。
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。
*/

8 0x080483b6 <+34>: movl $0x0,-0x18(%ebp)

// 第9行对应int value = 0;

9 0x080483bd <+41>: movl $0x0,-0x4(%ebp)

/*
10~11行，对应代码value = array
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。
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。
*/

10 0x080483c4 <+48>: lea -0x14(%ebp),%eax

11 0x080483c7 <+51>: mov %eax,-0x4(%ebp)

/*
12~13行，对应代码value = &array
从C语言的语义上看，就是取array的地址。
从汇编上看，也是取array数组的首元素的地址。
*/

12 0x080483ca <+54>: lea -0x14(%ebp),%eax

13 0x080483cd <+57>: mov %eax,-0x4(%ebp)

/*
14~15行, 对应代码value = array[0]
这里与上文不同，取数组的内容赋给value
*/

14 0x080483d0 <+60>: mov -0x14(%ebp),%eax

15 0x080483d3 <+63>: mov %eax,-0x4(%ebp)

/*
16~17行，对应代码value = &array[0]
很明显，取array[0]的地址赋给value
*/

16 0x080483d6 <+66>: lea -0x14(%ebp),%eax

17 0x080483d9 <+69>: mov %eax,-0x4(%ebp)

/*
18~19行，对应代码value = pointer;
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，
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。 */

18 0x080483dc <+72>: mov -0x18(%ebp),%eax

19 0x080483df <+75>: mov %eax,-0x4(%ebp)

/*
20~21行，对应代码value = &pointer；
取pointer的地址赋给value
*/

20 0x080483e2 <+78>: lea -0x18(%ebp),%eax

21 0x080483e5 <+81>: mov %eax,-0x4(%ebp)
/*
22~24行，对应代码value = *pointer;
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。
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。
当然，如果执行到这里，程序会crash。因为地址0为非法地址。
*/
22 0x080483e8 <+84>: mov -0x18(%ebp),%eax
23 0x080483eb <+87>: mov (%eax),%eax
24 0x080483ed <+89>: %eax,-0x4(%ebp)

22 0x080483f0 <+92>: mov $0x0,%eax

23 0x080483f5 <+97>: leave

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#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

static void show_str_pointer(const char **ppstr)

{

printf("%s\n", *ppstr);

}

int main()

{

char array[4] = "abc";

char *pointer = "abc";

show_str_pointer(&pointer);

show_str_pointer(&array);

return 0;

}
执行结果为：abc7�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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