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李大仁博客

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天地虽大,但有一念向善,心存良知,虽凡夫俗子,皆可为圣贤。

[C语言教程]指针转换方式实现C语言的指针操作安全代码

今天讲点比较枯燥的理论知识,关于 C 语言的安全指针,如果你习惯于用 C 语言,那么会知道 C 语言的指针操作是很不安全的,但是这反而是 C 语言的特色之一,同时增强了 C 语言的灵活性和高效性,我本人也是比较偏爱于 C 语言的,并不是 C++ 或者其他语言在算法方面不行,而是 C 语言的算法表述更加易于理解和运行更加高效,往往专家编程或者高效编程会采用 C 或者它的发展 C++,但是对于初学者来说,要正确运用好 C 尤其是它的指针确实比较困难,所以我在此讲解几种 C 安全指针的处理方法。但是在此说明,请保持良好的编程习惯和正确的 C 指针处理方法,本文只提供一些

首先讲点基础的,什么叫指针(pointer),简单点指针也是一种特殊的数据结构,特殊在它的内容只是表示一个地址,而且它的操作是面向这个地址中的数据的,请注意不是地址,地址是操作系统进行内存分配的单位,并且已经确定的,为什么指针操作不安全?大部分原因在于 C 在面向地址单元的操作不采取任何保护性措施,而对于操作系统而言,部分内存地址,比如重要的系统数据,往往需要进行保护,那么结果会很郁闷了,如果我用 C 编程修改这些数据,(当然操作系统会有保护措施),会让系统出现问题,甚至宕机,因此说 C 的指针不安全并不是指针的数据结构不安全,而在于指针的操作会产生不可预料的结果,对于你的系统和程序而言是很危险的。

那如何是指针安全呢?目前主要有两个方法:指针转换,堆栈保护,指针转换主要是使指针转换为一种安全的数据结构,增加效验数据的过程,另外堆栈保护主要是使用了类似 C++ 类的私有保护的方式,将指针放置在一个限制访问范围的区域内,而区域则限制该指针的使用,从而实现指针安全,但是实现比较复杂,

下面我主要讲点使用指针转换实现指针安全的方法,看下面的代码:

typedef int type_int;/* 定义保护的指针类型这里用 int*/

typedef struct {
type_int value;/* 指针指向的数据的值 */
type_int * pointer;/* 指向指针 */
} Ptype_int;/* 指针类型 */

int init (Ptype_int p){/* 初始化,可用于释放指针 */
p.value=0;
p.pointer=&p.value;/* 取地址,这里使用了引用方式,便于理解 */
return 1;
}

int check (Ptype_int p){/* 数据检查 */
if(p.value==*(p.pointer))
return 1;
else
return 0;
}

int assignValue (Ptype_int p , type_int v){/* 直接赋值操作 */
if(check(p)){
p.value=v;
*(p.pointer)=v;
return 1;
}
else
return 0;
)

int assignPointer (Ptype_int p , type_int *v){/* 指针赋值操作 */
if(check(p)){
p.pointer=v;
p.value=*v;
return 1;
}
else
return 0;
)
/* 以上定义了基本的复制操作,比较,复制等操作基本相同,可根据需要定义 */

int main(){
type_int i = 0;
type_int *pi=i;
Ptype_int p;
init (p);/* 初始化 */
assignValue (p , i);/* 直接赋值 */
assignPointer (p , pi);/* 指针赋值 */
}

相信原理很简单吧,就是把指针的操作转换为面向结构体的操作。但是结构体的定义使得其拥有自我效验机制,因为本程序中的所有赋值操作并没有设计指针操作,全部转换成函数调用,也就不存在指针安全问题了

本程序的原理:因为指针在物理层面上只是一个保存内存地址的内存单元,但是在我们在使用上主要用到的是其指向的地址单元内容,从而产生了安全问题,因此定义一个包含数据和指针的结构体,其中的 type_int 可以是其中 type_int * 指向的内容,用与效验,同时在初始化阶 type_int * 又是直接指向 type_int 的,所以 type_int * 可以很安全的使用,同时加上 type_int 和 type_int * 的比较效验,又增加了安全性

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