程式碼測試之記憶體越界
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記憶體越界是我們軟體開發中經常遇到的一個問題。不經意間的複製常常導致很嚴重的後果。經常使用memset、memmove、strcpy、strncpy、strcat、sprintf的朋友肯定對此印象深刻，下面就是我個人在開發中實際遇到的一個開發問題，頗具典型。
#define MAX_SET_STR_LENGTH 50 #define MAX_GET_STR_LENGTH 100 int* process(char* pMem, int size) { char localMemory[MAX_SET_STR_LENGTH] = {0}; int* pData = NULL; /* code process */ memset(localMemory, 1, MAX_GET_STR_LENGTH); memmove(pMem, localMemory, MAX_GET_STR_LENGTH); return pData; }
這段程式碼看上去沒有什麼問題。我們本意是對localMemory進行賦值，然後拷貝到pMem指向的記憶體中去。其實問題就出在這一句memset的大小。根據localMemory初始化定義語句，我們可以看出localMemory其實最初的申明大小隻有MAX_SET_STR_LENGTH，但是我們賦值的時候，卻設定成了MAX_GET_STR_LENGTH。之所以會犯這樣的錯誤，主要是因為MAX_GET_STR_LENGTH和MAX_SET_STR_LENGTH極其相似。這段程式碼編譯後，產生的後果是非常嚴重的，不斷沖垮了堆疊資訊，還把返回的int*設定成了非法值。
那麼有沒有什麼好的辦法來處理這樣一個問題？我們可以換一個方向來看。首先我們檢視，在軟體中存在的資料型別主要有哪些？無非就是全域性資料、堆資料、棧臨時資料。搞清楚了需要控制的資料之後，我們應該怎麼對這些資料進行監控呢，一個簡單有效的辦法就是把memset這些函式替換成我們自己的函式，在這些函式中我們嚴格對指標的複製、拷貝進行判斷和監督。
（1）事實上，一般來說malloc的資料是不需要我們監督的，因為記憶體分配的時候，通常庫函式會比我們要求的size多分配幾個位元組，這樣在free的時候就可以判斷記憶體的開頭和結尾處有沒有指標溢位。朋友們可以試一下下面這段程式碼。
void heap_memory_leak()
{
char* pMem = (char*)malloc(100);
pMem[-1] = 100;
pMem[100] = 100;
free(pMem);
}（2）堆全域性資料和棧臨時資料進行處理時，我們利用memset初始化記錄全域性指標或者是堆疊臨時指標
a） 首先對memset處理，新增下面一句巨集語句
#define memset(param, value, size) MEMORY_SET_PROCESS(__FUNCTION__, __LINE__, param, value, size)
b） 定義記憶體節點結構
typedef struct _MEMORY_NODE
{
char functionName[64];
int line;
void* pAddress;
int size;
struct _MEMORY_NODE* next;
}MEMORY_NODE;其中functionName記錄了函式名稱，line記錄檔案行數， pAddress記錄了指標地址， size指向了pAddress指向的記憶體大小，next指向下一個結構節點。
c）記錄記憶體節點屬性
在MEMORY_SET_PROCESS處理過程中，不僅需要呼叫memset函式，還需要對當前記憶體節點進行記錄和儲存。可以通過使用單鏈表節點的方法進行記錄。但是如果發現pAddress指向的記憶體是malloc時候分配過的，此時就不需要記錄了，因為堆記憶體指標溢位的問題lib庫已經幫我們解決了。
d）改造原有記憶體指標操作函式
比如對memmove等函式進行改造，不失去一般性，我們就以memmove作為範例。
新增巨集語句 #define memmove(dst, src, size) MEMMOVE_PROCESS(dst, src, size)
void MEMMOVE_PROCESS(void* dst, const void* src, int size)
{
MEMORY_NODE* pMemNode = check_node_exist(dst);
if(NULL == pMemNode) return;
assert(dst >= (pMemNode->pAddress));
assert(((char*)dst + size) <= ((char*)pMemNode->pAddress + pMemNode->size));
memmove(dst, src, size);
return;
}
e）下面就是記憶體節點的刪除工作。
我們知道函式是需要反覆使用堆疊的。不同時間相同的堆疊地址對應的是完全不同的指標內容，這就要求我們在函式返回的時候對記憶體地址進行清理，把記憶體節點從對應的連結串列刪除。
我們知道在函式執行後，ebp和esp之間的記憶體就是通常意義上臨時變數的生存空間，所以下面的一段巨集就可以記錄函式的記憶體空間。
#ifdef MEMORY_LEAK_TEST
#define FUNCTION_LOCAL_SPACE_RECORD()\
{\
int* functionBpRecord = 0;\
int* functionSpRecord = 0;\
}
#else
#define FUNCTION_LOCAL_SPACE_RECORD()
#endif
#ifdef MEMORY_LEAK_TEST
#define FUNCTION_LEAVE_PROCESS()\
{\
__asm { mov functionBpRecord, bp\
mov functionSpRecord, sp}\
FREE_MEMORY_NODE(functionBpRecord, functionSpRecord)\
}
#else
#define FUNCTION_LEAVE_PROCESS()
#endif
這兩段巨集程式碼，需要插在函式的起始位置和結束的位置，這樣在函式結束的時候就可以根據ebp和esp刪除堆疊空間中的所有記憶體，方便了堆疊的重複使用。如果是全域性記憶體，因為函式的變化不會導致地址的變化，所以沒有必要進行全域性記憶體節點的處理。
記憶體溢位檢查流程總結：
（1）對memset進行重新設計，記錄除了malloc指標外的一切記憶體；
（2）對memmove， strcpy， strncpy，strcat，sprintf等全部函式進行重新設計，因為我們需要對他們的指標執行範圍進行判斷；
（3）在函式的開頭和結尾位置新增巨集處理。函式執行返回前進行節點清除。
（全文完）