snprintf和sprintf区别分析

原创
2013/11/18 19:59
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今天在项目中使用snprintf时遇到一个比较迷惑的问题,追根溯源了一下,在此对sprintf和snprintf进行一下对比分析。

因为sprintf可能导致缓冲区溢出问题而不被推荐使用,所以在项目中我一直优先选择使用snprintf函数,虽然会稍微麻烦那么一点点。这里就是sprintf和snprintf最主要的区别:snprintf通过提供缓冲区的可用大小传入参数来保证缓冲区的不溢出,如果超出缓冲区大小则进行截断。但是对于snprintf函数,还有一些细微的差别需要注意。

snprintf函数的返回值

sprintf函数返回的是实际输出到字符串缓冲中的字符个数,包括null结束符。而snprintf函数返回的是应该输出到字符串缓冲的字符个数,所以snprintf的返回值可能大于给定的可用缓冲大小以及最终得到的字符串长度。看代码最清楚不过了:

char tlist_3[10] = {0};
    int len_3 = 0;

    len_3 = snprintf(tlist_3,10,"this is a overflow test!\n");
    printf("len_3 = %d,tlist_3 = %s\n",len_3,tlist_3);
上述代码段的输出结果如下:

len_3 = 25,tlist_3 = this is a
所以在使用snprintf函数的返回值时,需要小心慎重,避免人为造成的缓冲区溢出,不然得不偿失。

snprintf函数的字符串缓冲

int sprintf(char *str, const char *format, ...);
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);
上面的函数原型大家都非常熟悉,我一直以为snprintf除了多一个缓冲区大小参数外,表现行为都和sprintf一致,直到今天遇上的bug。在此之前我把下面的代码段的两个输出视为一致。

char tlist_1[1024] = {0},tlist_2[1024]={0};
    char fname[7][8] = {"a1","b1","c1","d1","e1","f1","g1"};
    int i = 0, len_1,len_2 = 0;

    len_1 = snprintf(tlist_1,1024,"%s;",fname[0]);
    len_2 = snprintf(tlist_2,1024,"%s;",fname[0]);

    for(i=1;i<7;i++)
    {
        len_1 = snprintf(tlist_1,1024,"%s%s;",tlist_1,fname[i]);
        len_2 = sprintf(tlist_2,"%s%s;",tlist_2,fname[i]);
    }

    printf("tlist_1: %s\n",tlist_1);
    printf("tlist_2: %s\n",tlist_2);
可实际上得到的输出结果却是:

tlist_1: g1;
tlist_2: a1;b1;c1;d1;e1;f1;g1;
知其然就应该知其所以然,这是良好的求知态度,所以果断翻glibc的源代码去,不凭空想当然。下面用代码说话,这就是开源的好处之一。首先看snprintf的实现:

glibc-2.18/stdio-common/snprintf.c:
 18 #include <stdarg.h>
 19 #include <stdio.h>
 20 #include <libioP.h>
 21 #define __vsnprintf(s, l, f, a) _IO_vsnprintf (s, l, f, a)
 22
 23 /* Write formatted output into S, according to the format
 24    string FORMAT, writing no more than MAXLEN characters.  */
 25 /* VARARGS3 */
 26 int
 27 __snprintf (char *s, size_t maxlen, const char *format, ...)
 28 {
 29   va_list arg;
 30   int done;
 31
 32   va_start (arg, format);
 33   done = __vsnprintf (s, maxlen, format, arg);
 34   va_end (arg);
 35
 36   return done;
 37 }
 38 ldbl_weak_alias (__snprintf, snprintf)
使用_IO_vsnprintf函数实现:

glibc-2.18/libio/vsnprintf.c:
 94 int
 95 _IO_vsnprintf (string, maxlen, format, args)
 96      char *string;
 97      _IO_size_t maxlen;
 98      const char *format;
 99      _IO_va_list args;
100 {
101   _IO_strnfile sf;
102   int ret;
103 #ifdef _IO_MTSAFE_IO
104   sf.f._sbf._f._lock = NULL;
105 #endif
106
107   /* We need to handle the special case where MAXLEN is 0.  Use the
108      overflow buffer right from the start.  */
109   if (maxlen == 0)
110     {
111       string = sf.overflow_buf;
112       maxlen = sizeof (sf.overflow_buf);
113     }
114
115   _IO_no_init (&sf.f._sbf._f, _IO_USER_LOCK, -1, NULL, NULL);
116   _IO_JUMPS (&sf.f._sbf) = &_IO_strn_jumps;
117   string[0] = '\0';
118   _IO_str_init_static_internal (&sf.f, string, maxlen - 1, string);
119   ret = _IO_vfprintf (&sf.f._sbf._f, format, args);
120
121   if (sf.f._sbf._f._IO_buf_base != sf.overflow_buf)
122     *sf.f._sbf._f._IO_write_ptr = '\0';
123   return ret;
124 }
关键点出来了,源文件第117行string[0] = '\0';把字符串缓冲先清空后才进行实际的输出操作。那sprintf是不是就没有清空这个操作呢,继续代码比较中,sprintf的实现:

glibc-2.18/stdio-common/snprintf.c:
 18 #include <stdarg.h>
 19 #include <stdio.h>
 20 #include <libioP.h>
 21 #define vsprintf(s, f, a) _IO_vsprintf (s, f, a)
 22
 23 /* Write formatted output into S, according to the format string FORMAT.  */
 24 /* VARARGS2 */
 25 int
 26 __sprintf (char *s, const char *format, ...)
 27 {
 28   va_list arg;
 29   int done;
 30
 31   va_start (arg, format);
 32   done = vsprintf (s, format, arg);
 33   va_end (arg);
 34
 35   return done;
 36 }
 37 ldbl_hidden_def (__sprintf, sprintf)
 38 ldbl_strong_alias (__sprintf, sprintf)
 39 ldbl_strong_alias (__sprintf, _IO_sprintf)
使用_IO_vsprintf而不是_IO_vsnprintf函数,_IO_vsprintf函数实现:

glibc-2.18/libio/iovsprintf.c:
 27 #include "libioP.h"
 28 #include "strfile.h"
 29
 30 int
 31 __IO_vsprintf (char *string, const char *format, _IO_va_list args)
 32 {
 33   _IO_strfile sf;
 34   int ret;
 35
 36 #ifdef _IO_MTSAFE_IO
 37   sf._sbf._f._lock = NULL;
 38 #endif
 39   _IO_no_init (&sf._sbf._f, _IO_USER_LOCK, -1, NULL, NULL);
 40   _IO_JUMPS (&sf._sbf) = &_IO_str_jumps;
 41   _IO_str_init_static_internal (&sf, string, -1, string);
 42   ret = _IO_vfprintf (&sf._sbf._f, format, args);
 43   _IO_putc_unlocked ('\0', &sf._sbf._f);
 44   return ret;
 45 }
 46 ldbl_hidden_def (__IO_vsprintf, _IO_vsprintf)
 47
 48 ldbl_strong_alias (__IO_vsprintf, _IO_vsprintf)
 49 ldbl_weak_alias (__IO_vsprintf, vsprintf)
在40行到42行之间没有进行字符串缓冲的清空操作,一切了然。

一开始是打算使用gdb调试跟踪进入snprintf函数探个究竟的,可是调试时发现用step和stepi都进不到snprintf函数里面去,看了一下链接的动态库,原来libc库已经stripped掉了:

hong@ubuntu:~/test/test-example$ ldd snprintf_test
        linux-gate.so.1 =>  (0xb76f7000)
        libc.so.6 => /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6 (0xb7542000)
        /lib/ld-linux.so.2 (0xb76f8000)
hong@ubuntu:~/test/test-example$ file /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6: symbolic link to `libc-2.15.so'
lzhong@ubuntu:~/test/test-example$ file /lib/i386-linux-gnu/libc-2.15.so
/lib/i386-linux-gnu/libc-2.15.so: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), BuildID[sha1]=0x7a6dfa392663d14bfb03df1f104a0db8604eec6e, for GNU/Linux 2.6.24, stripped
所以只能去找 ftp://ftp.gnu.org/gnu/glibc官网啃源代码了。

在找glibc源码时,我想知道系统当前使用的glibc版本,一时不知道怎么查,Google一下大多数都是Redhat上的rpm查法,不适用于Ubuntn,而用dpkg和aptitude show都查不到glibc package,后来才找到ldd用法。

hong@ubuntu:~/test/test-example$ ldd --version
ldd (Ubuntu EGLIBC 2.15-0ubuntu20) 2.15
Copyright (C) 2012 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
Written by Roland McGrath and Ulrich Drepper.
现在才发现Ubuntn用的是好像是EGLIBC,而不是标准的glibc库。其实上面ldd snprintf_test查看应用程序的链接库的方法可以更快速地知道程序链接的glibc版本。

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今天遇到和楼主一样的问题了
2014/02/14 11:26
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