C语⾔的本质（15）——C语⾔的函数接⼝⼊门
C语⾔的本质（15）——C语⾔的函数接⼝
函数的调⽤者和其实现者之间存在⼀个协议，在调⽤函数之前，调⽤者要为实现者提供某些条件，在函数返回时，实现者完成调⽤者需要的功能。
函数接⼝通过函数名，参数和返回值来描述这个协议，只要函数名和参数名命名合理，参数和返回值的类型定义的准确，调⽤者仅仅通过函数接⼝就能知道函数的⽤法。当函数接⼝不能表达函数的全部语义时，⽂档就起了重要的补充作⽤，函数⽂档的写法我们可以参照Linux下的Man Page或MSDN。
下⾯通过分析C标准库函数来说明函数接⼝：
在Linux终端下敲命令manstrcpy就可以看到下⾯的Man Page。
这个Man Page描述了两个函数，strcpy和strncpy，这两个函数的作⽤是把⼀个字符串拷贝给另⼀个字符串。SYNOPSIS部分给出了这两个函数的原型，以及要使⽤这些函数需要包含哪些头⽂件。参数dest、src和n都加了下划线，有时候并不想从头到尾阅读整个Man Page，⽽是想查⼀下某个参数的含义，通过下划线和参数名就能很快到我们关⼼的部分。
dest表⽰Destination，src表⽰Source，看名字就能猜到是把src所指向的字符串拷贝到dest所指向的内存空间。这⼀点从两个参数的类型也能看出来，dest是char *型的，⽽src是const char *型的，说明src所指向的内存空间在函数中只能读不能改写，⽽dest所指向的内存空间在函数中是要改写的，显然改写的⽬的是当函数返回后调⽤者可以读取改写的结果。通过Man Page我们可以推测到strcpy函数是这样⽤的：char buf[10];
strcpy(buf,"hello");
printf(buf);
那么strncpy的参数n是⼲什么⽤的呢？单从函数接⼝⽆法推测，我们继续看下⾯的⽂档。
在⽂档中强调了strcpy在拷贝字符串时会把结尾的'\0'也拷到dest中，因此保证了dest中是以'\0'结尾的字符串。但另外⼀个要注意的问题
是，strcpy只知道src字符串的⾸地址，不知道长度，它会⼀直拷贝到'\0'为⽌，所以dest所指向的内存空间要⾜够⼤，否则有可能写越界，例如：
char buf[10];
strcpy(buf,"hello world");
如果没有保证src所指向的内存空间以'\0'结尾，也有可能读越界，例如：
char buf[10] ="abcdefghij", str[4] = "hell";
strcpy(buf,str);
因为strcpy函数的实现者通过函数接⼝⽆法得知src字符串的长度和dest内存空间的⼤⼩，所以“确保不会写越界”应该是调⽤者的责任，调⽤者提供的dest参数应该指向⾜够⼤的内存空间，“确保不会读越界”也是调⽤者的责任，调⽤者提供的src参数指向的内存应该确保以'\0'结尾。
此外，⽂档中还强调了src和dest所指向的内存空间不能有重叠。凡是有指针参数的C标准库函数基本上都有这条要求，每个指针参数所指向的内存空间互不重叠，例如这样调⽤是不允许的：
char buf[10] ="hello";
strcpy(buf,buf+1);
strncpy的参数n指定最多从src中拷贝n个字节到dest中，如果拷贝到'\0'就结束，如果拷贝到n个字节还没有碰到'\0'，那么也结束，调⽤者负责提供适当的n值，以确保读写不会越界，⽐如让n的值等于dest所指向的内存空间的⼤⼩：
char buf[10];
strncpy(buf,"hello world", sizeof(buf));
那么这意味着什么呢？⽂档中特别⽤了Warning指出，这意味着dest有可能不是以'\0'结尾的。例如上⾯的调⽤，虽然把"hello world"截断到10个字符拷贝⾄buf中，但buf不是以'\0'结尾的，如果再printf(buf)就会读越界。如果你需要确保dest以'\0'结束，可以这么调⽤：
char buf[10];
字符串拷贝函数strcpy作用strncpy(buf,"hello world", sizeof(buf));
buf[sizeof(buf)-1]= '\0';
strncpy还有⼀个特性，如果src字符串全部拷完了不⾜n个字节，那么还差多少个字节就补多少个'\0'，但是正如上⾯所述，这并不保证dest⼀定以'\0'结束，当src字符串的长度⼤于n时，不但不补多余的'\0'，连字符串的结尾'\0'也不拷贝。下⾯⽂档⾮常友好，为了帮助理解，还给出⼀个strncpy的简单实现。
函数的Man Page都有⼀部分专门讲返回值的。这两个函数的返回值都是dest指针。可是为什么要返回dest指针呢？dest指针本来就是调⽤者传过去的，再返回⼀遍dest指针并没有提供任何有⽤的信息。之
所以这么规定是为了把函数调⽤当作⼀个指针类型的表达式使⽤，⽐如printf(strcpy(buf, "hello"))，⼀举两得，如果strcpy的返回值是void就没有这么⽅便了。
CONFORMING TO部分描述了这个函数是遵照哪些标准实现的。strcpy和strncpy是C标准库函数，当然遵照C99标准。以后我们还会看到libc中有些函数属于POSIX标准但并不属于C标准，例如write(2)。
NOTES部分给出⼀些提⽰信息。这⾥指出如何确保strncpy的dest以'\0'结尾，和我们上⾯给出的代码类似，但由于n是个变量，在执⾏buf[n - 1]= '\0'；之前先检查⼀下n是否⼤于0，如果n不⼤于0，buf[n - 1]就访问越界了，所以要避免。
BUGS部分说明了使⽤这些函数可能引起的Bug，这部分⼀定要仔细看。⽤strcpy⽐⽤strncpy更加不安全，如果在调⽤strcpy之前不仔细检查src字符串的长度就有可能写越界，这是⼀个很常见的错误，例如：
void foo(char*str)
{
char buf[10];
strcpy(buf, str);
......
}
str所指向的字符串有可能超过10个字符⽽导致写越界，在第4 节 “段错误”我们看到过，这种写越界可能当时不出错，⽽在函数返回时出现段错误，原因是写越界覆盖了保存在栈帧上的返回地址，函数返回时跳转到⾮法地址，因⽽出错。像buf这种由调⽤者分配并传给函数读或写的⼀段内存通常称为缓冲区（Buffer），缓冲区写越界的错误称为缓冲区溢出（Buffer Overflow）。如果只是出现段错误那还不算严重，更严重的是缓冲区溢出Bug经常被恶意⽤户利⽤，使函数返回时跳转到⼀个事先设好的地址，执⾏事先设好的指令，如果设计得巧妙甚⾄可以启动⼀个Shell，然后随⼼所欲执⾏任何命令，可想⽽知，如果⼀个⽤root权限执⾏的程序存在这样的Bug，被攻陷了，后果将会⾮常严重。

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