C 語言字串連接函數 strcat 與 strncat 差異詳解與安全實踐

函數原型

char *strcat(char *restrict dest, const char *restrict src);
char *strncat(char *restrict dest, const char *restrict src, size_t n);

核心行為差異

底層邏輯圖解

// strcat 等價實現
char *strcat(char *dest, const char *src) {
    char *d = dest;
    while (*d) d++;        // 定位 dest 結束符
    while ((*d++ = *src++)); // 複製 src (含結束符)
    return dest;
}

// strncat 等價實現
char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n) {
    char *d = dest;
    while (*d) d++;        // 定位 dest 結束符
    while (n-- && (*d++ = *src++)); // 複製最多 n 字元
    *d = '\0';             // 關鍵：強制添加結束符
    return dest;
}

測試代碼與輸出分析

int main() {
    char a[20] = "Hello";
    char b[] = "World";
    char c[] = "!!!";
    
    printf("Initial: a=[%s]\n", a);        // Hello
    
    strncat(a, b, 3);                      // 連接 "Wor"
    printf("strncat 3: a=[%s]\n", a);      // HelloWor
    
    strncat(a, c, 10);                     // n > 長度，全連接
    printf("strncat 10: a=[%s]\n", a);     // HelloWor!!!
    
    return 0;
}

重疊內存未定義行為警示

所有 str* 函數均不支援源目重疊：

char buf[20] = "ABCDEF";
strcat(buf, buf + 2); // 未定義行為！src 在 dest 內部

需用 memmove 處理重疊區域。

安全替代方案

最佳實踐清單

1. 優先用 snprintf：snprintf(buf, sizeof(buf), "%s%s", prefix, suffix) 一次完成，自動截斷、保證結束符
2. 若用 strncat 必須計算剩餘空間：strncat(dest, src, sizeof(dest) - strlen(dest) - 1)
3. 禁用 strcat：代碼審查應標記為缺陷
4. 輸入驗證：確保 src 非 NULL、以 '\0' 結尾
5. 靜態分析：啟用 -Wstringop-overflow (GCC/Clang) 捕獲潛在溢出

總結

strcat 是不安全的歷史遺留，strncat 提供長度限制但參數語義易混淆 (n 是追加字元數而非總容量)。現代 C 代碼應統一遷移至 snprintf 或 strlcat，從源頭消除緩衝區溢出隱患。