C語言字串拼接：strcat 模擬實現與緩衝區溢出風險分析

C語言字串拼接：strcat 模擬實現與緩衝區溢出風險分析

原始碼存在**參數順序顛倒**、**返回值錯誤**、**無緩衝區檢查**三大缺陷。本文提供標準 `strcat` 實現、安全版 `strncat`、`strlcat` 最佳實踐。

strcat 標準語義

• `char *strcat(char *dest, const char *src)`
• 將 `src` 拼接到 `dest` 末尾 (覆蓋 `dest` 的 `\0`)
• 返回 `dest` 起始位址
• **呼叫者責任**：`dest` 必須有足夠空間容納結果 + `\0`

原始碼缺陷分析

// 原始碼：
char *my_strcat(char *dest, char *src) {  // src 應為 const
    char *ret = src;  // 錯誤：應返回 dest
    while (*src) src++;  // 找 src 末尾？應找 dest 末尾
    while (*src++ = *dest++) ;  // 參數順序反了！應 dest 接收 src
    return ret;  // 返回錯誤
}

正確標準實現

#include 

char *my_strcat(char *dest, const char *src) {
    assert(dest && src);
    
    char *ret = dest;
    
    // 1. 找到 dest 結束符
    while (*dest) dest++;
    
    // 2. 拼接 src (含 \0)
    while ((*dest++ = *src++) != '\0')
        ;
    
    return ret;
}

安全增強版：strncat (限制拼接長度)

char *my_strncat(char *dest, const char *src, size_t n) {
    assert(dest && src);
    
    char *ret = dest;
    while (*dest) dest++;
    
    while (n-- && *src) {
        *dest++ = *src++;
    }
    *dest = '\0';  // 確保結束符
    
    return ret;
}

最佳實踐：strlcat (BSD 風格，保證結束符、返回總長度)

// 非標準但廣泛可用 (BSD, Linux, macOS)
size_t strlcat(char *dest, const char *src, size_t dest_size) {
    size_t dlen = strlen(dest);
    if (dlen >= dest_size) return dlen + strlen(src);  // dest 已滿
    
    size_t n = dest_size - dlen - 1;  // 留 1 位給 \0
    char *d = dest + dlen;
    const char *s = src;
    
    while (n-- && *s) *d++ = *s++;
    *d = '\0';
    
    return dlen + (s - src);  // 返回嘗試建立的總長度
}

緩衝區溢出風險演示

int main() {
    char buf[10] = "hello";  // 容量 10，已用 6 (含\0)，剩 4
    char *src = "world!";    // 長度 6
    
    // 危險：strcat 無長度檢查
    strcat(buf, src);  // 寫入 6 字元 + \0 = 7 字元，溢出 3 字元！
    // 結果：緩衝區溢出，未定義行為 (可能崩潰、靜默損壞、安全漏洞)
    
    // 安全：strncat
    char buf2[10] = "hello";
    strncat(buf2, src, sizeof(buf2) - strlen(buf2) - 1);  // 最多複製 3 字元
    // 結果："hello wor"
    
    // 最佳：strlcat
    char buf3[10] = "hello";
    strlcat(buf3, src, sizeof(buf3));  // 自動處理邊界
    // 結果："hello wor"
    
    return 0;
}

常見錯誤總結表

總結

`strcat` = **危險、無長度檢查、棄用**。現代代碼**強制使用 `strlcat` 或 `strncat` + 精確長度計算**。原始碼參數順序反、返回值錯、無 `const`，屬於基礎語義錯誤。面試必會：`strcat`/`strncat`/`strlcat` 三者差異、緩衝區溢出風險與防範、返回值語義差異 (指標 vs 長度)。