练习36：更安全的字符串

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小牛编辑

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2023-12-01

我已经在练习26中，构建devpkg的时候介绍了Better String库。这个练习让你从现在开始熟悉bstring库，并且明白C风格字符串为什么十分糟糕。之后你需要修改liblcthw的代码来使用bstring。

为什么C风格字符串十分糟糕

当人们谈论C的问题时，“字符串”的概念永远是首要缺陷之一。你已经用过它们，并且我也谈论过它们的种种缺陷，但是对为什么C字符串拥有缺陷，以及为什么一直是这样没有明确的解释。我会试着现在做出解释，部分原因是C风格字符串经过数十年的使用，有足够的证据表明它们是个非常糟糕的东西。

对于给定的任何C风格字符串，都不可能验证它是否有效。

以'\0'结尾的C字符串是有效的。
任何处理无效C字符串的循环都是无限的（或者造成缓冲区溢出）。
C字符串没有确定的长度，所以检查它们的唯一方法就是遍历它来观察循环是否正确终止。
所以，不通过有限的循环就不可能验证C字符串。

这个逻辑非常简单。你不能编写一个循环来验证C字符串是否有效，因为无效的字符串导致循环永远不会停止。就是这样，唯一的解决方案就是包含大小。一旦你知道了大小，你可以避免无限循环问题。如果你观察练习27中我向你展示的两个函数：

译者注：检验C风格字符串是否有效等价于“停机问题”，这是一个非常著名的不可解问题。

void copy(char to[], char from[])
{
    int i = 0;

    // while loop will not end if from isn't '\0' terminated
    while((to[i] = from[i]) != '\0') {
        ++i;
    }
}

int safercopy(int from_len, char *from, int to_len, char *to)
{
    int i = 0;
    int max = from_len > to_len - 1 ? to_len - 1 : from_len;

    // to_len must have at least 1 byte
    if(from_len < 0 || to_len <= 0) return -1;

    for(i = 0; i < max; i++) {
        to[i] = from[i];
    }

    to[to_len - 1] = '\0';

    return i;
}

想象你想要向copy函数添加检查来确保from字符串有效。你该怎么做呢？你编写了一个循环来检查字符串是否已'\0'结尾。哦，等一下，如果字符串不以'\0'结尾，那它怎么让循环停下？不可能停下，所以无解。

无论你怎么做，你都不能在不知道字符串长度的情况下检查C字符串的有效性，这里safercopy包含了程度。这个函数没有相同的问题，因为他的循环一定会中止，即使你传入了错误的大小，大小也是有限的。

译者注：但是问题来了，对于一个C字符串，你怎么获取其大小？你需要在这个函数之前调用strlen，又是一个无限循环问题。

于是，bstring库所做的事情就是创建一个结构体，它总是包含字符串长度。由于这个长度对于bstring来说总是可访问的，它上面的所有操作都会更安全。循环是有限的，内容也是有效的，并且这个主要的缺陷也不存在了。BString库也带有大量所需的字串操作，比如分割、格式化、搜索，并且大多数都会正确并安全地执行。

bstring中也可能有缺陷，但是经过这么长时间，可能性已经很低了。glibc中也有缺陷，所以你让程序员怎么做才好呢？

使用 bstrlib

有很多改进后的字符串库，但是我最喜欢bstrlib，因为它只有一个程序集，并且具有大多数所需的字符串功能。你已经在使用它了，所以这个练习中你需要从Better String获取两个文件，bstrlib.c和bstrlib.h。

下面是我在liblcthw项目目录里所做的事情：

$ mkdir bstrlib
$ cd bstrlib/
$ unzip ~/Downloads/bstrlib-05122010.zip
Archive:  /Users/zedshaw/Downloads/bstrlib-05122010.zip
...
$ ls
bsafe.c             bstraux.c       bstrlib.h       bstrwrap.h      license.txt     test.cpp
bsafe.h             bstraux.h       bstrlib.txt     cpptest.cpp     porting.txt     testaux.c
bstest.c    bstrlib.c       bstrwrap.cpp    gpl.txt         security.txt
$ mv bstrlib.h bstrlib.c ../src/lcthw/
$ cd ../
$ rm -rf bstrlib
# make the edits
$ vim src/lcthw/bstrlib.c
$ make clean all
...
$

在第14行你可以看到，我编辑了bstrlib.c文件，来将它移动到新的位置，并且修复OSX上的bug。下面是差异：

25c25
< #include "bstrlib.h"
---
> #include <lcthw/bstrlib.h>
2759c2759
< #ifdef __GNUC__
---
> #if defined(__GNUC__) && !defined(__APPLE__)

我把包含修改为<lcthw/bstrlib.h>，然后修复2759行ifdef的问题。

学习使用该库

这个练习很短，只是让你准备好剩余的练习，它们会用到这个库。接下来两个联系中，我会使用bstrlib.c来创建Hashmap`数据结构。

你现在应该阅读头文件和实现，之后编写tests/bstr_tests.c来测试下列函数，来熟悉这个库：

bfromcstr

从C风格字符串中创建一个bstring。

blk2bstr

与上面相同，但是可以提供缓冲区长度。

bstrcpy

复制bstring。

bassign

将一个bstring赋值为另一个。

bassigncstr

将bsting的内容设置为C字符串的内容。

bassignblk

将bsting的内容设置为C字符串的内容，但是可以提供长度。

bdestroy

销毁bstring。

bconcat

在一个bstring末尾连接另一个。

bstricmp

比较两个bstring，返回值与strcmp相同。

biseq

检查两个bstring是否相等。

binstr

判断一个bstring是否被包含于另一个。

bfindreplace

在一个bstring中寻找另一个，并且将其替换为别的。

bsplit

将bstring分割为bstrList。

bformat

执行字符串格式化，十分便利。

blength

获取bstring的长度。

bdata

获取bstring的数据。

bchar

获得bstring中的字符。

你的测试应该覆盖到所有这些操作，以及你从头文件中发现的更多有趣的东西。在valgrind下运行测试，确保内存使用正确。