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C++ 数组越界后果是什么 C++ 缓冲区溢出攻击原理科普【安全】

冰火之心

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发布时间:2026-02-01 12:19:48

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来源于php中文网

原创

C++数组越界访问不崩溃但行为不可预测:operator[]和原生下标无边界检查,越界读得垃圾值,越界写覆写栈数据,导致逻辑错乱、延迟崩溃或看似正常;std::vector::at()抛异常而operator[]不检查;栈溢出可劫持控制流;看似安全的长度判断可能因整数溢出等失效。

c++ 数组越界后果是什么 c++ 缓冲区溢出攻击原理科普【安全】

数组越界访问不会立即崩溃,但行为完全不可预测

在 C++ 中,operator[] 和原生数组下标访问(如 a[i])**不做边界检查**。越界读可能拿到任意内存中的垃圾值,越界写则直接覆写相邻变量、返回地址、函数指针或栈帧元数据。结果不是“报错”,而是:程序可能继续运行,但逻辑错乱、输出异常、后续某个无关位置突然崩溃(延迟崩溃),甚至看似正常——直到上线后在特定输入下触发严重故障。

常见现象包括:

  • std::vector::at() 会抛 std::out_of_range,但 std::vector::operator[] 同样不检查
  • 越界读取可能恰好命中未初始化的栈内存,表现为随机数或零值
  • 覆盖邻近 boolint 变量时,导致条件判断翻转、循环次数突变
  • 在开启 ASLR/Stack Canary 的现代系统中,崩溃可能更晚出现,但漏洞依然存在

缓冲区溢出如何被用于劫持控制流

经典栈溢出攻击依赖两个关键事实:函数局部数组通常分配在栈上;函数返回地址也存在栈上,且与局部变量物理相邻。当用 strcpygets 或裸 for 循环向固定大小数组写入超长数据时,多余字节就会一路覆盖后面的栈内容。

攻击者精心构造输入,使溢出数据覆盖返回地址为指向自己注入代码(shellcode)的地址,或跳转到 libc 中已有函数(如 system)的地址(ROP 攻击)。例如:

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char buf[64];
gets(buf); // 危险!无长度限制

若输入 72 字节,前 64 字节填满 buf,接下来 4–8 字节就可能覆盖保存的 ebpret addr。现代编译器默认启用 -fstack-protector,会在栈上插入 canary 值并在函数返回前校验,但绕过方法(如泄露 canary)仍存在。

哪些写法看似安全实则危险

很多开发者误以为加了长度判断就万事大吉,但整数溢出、符号转换、类型不匹配会让防护形同虚设:

  • int len = recv(sock, buf, sizeof(buf), 0); if (len > sizeof(buf)) return; memcpy(dst, buf, len); —— len 是有符号 int,若网络传回负值,len > sizeof(buf) 永远为假,但 memcpy 会按极大正数解释该负值(二进制补码)
  • size_t n = strlen(src); char dst[n+1]; strcpy(dst, src); —— 若 src 不以 '\0' 结尾,strlen 行为未定义,n 可能极大,导致栈分配失败或静默截断
  • std::array a; for (int i = 0; i —— i 导致最后一次访问 a[10],越界

真正有效的缓解手段有哪些

靠人眼审查无法杜绝这类问题。必须结合工具链和编码习惯:

  • 编译时加 -D_GLIBCXX_DEBUG(libstdc++ 调试模式),让 std::vector::operator[] 等容器操作自动检查
  • 启用 AddressSanitizer:g++ -fsanitize=address -g,越界访问会在运行时报明确错误,含堆栈和越界偏移
  • 禁用不安全函数:用 strncpy 替代 strcpy,但注意它不保证目标以 '\0' 结尾;更推荐 std::stringstd::vector
  • 对所有外部输入做严格长度验证,且验证逻辑必须使用与目标缓冲区一致的无符号类型(如 size_t

最易被忽略的一点是:即使用了 std::vector,如果手动计算下标(如 v[i + offset])且没校验 i + offset ,同样越界——容器安全只在你调用它的接口时生效,不保护你的算术逻辑。

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