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学习MISRAC之三:指针结构体联合体的安全规范
指针赋予了C编程最大的灵活性;结构体使得C程序整齐而紧凑;联合体在某些要求注重效率
的场合有精彩的表现.这三个要素是C语言的精华.
然而精华并不意味着完美。C语言在赋予程序员足够的灵活性的同时,也给了程序员许多犯
错的机会。所以,有必要关注指针,结构体和联合体的实现细节,从而保障程序的安全性。
在此,第一部分介绍MISRA-C:2004中与指针相关的部分规则,第二部分讲解结构体和联
合体的操作
规范。下文凡是未加特别说明的都是强制(required)规则,个别推荐(advisory)规则则加了
推荐“”的提示.
指针的安全规范
MISRA-C:2004关于指针的规范主要分为三个部分:指针的类型转换规则,指针运算的规则
和指针的有效性规则。
指针的类型转换
指针类型转换是个高风险的操作,所以应该尽量避免进行这个操作。MISRA-C对其中可能
造成严重错误的情况做了严格的限定,选择其中两条做简要分析。
规则11.4(推荐)指向不同数据类型的指针之间不能相互转化。
考察下面的程序
uint8_t*p1;
uint32_t*p2;
p2=(uint32_t*)p1;
/*注:uint8_t表示8位无符号整型,uint32_t表示32位无符号整型*/
程序员希望将从p1单元开始的4个字节组成一个32位的整型来参与运算.
如果CPU允许各种数据对象存放在任意的存储单元,则以上转换没有问题。但某些CPU
对某些(种)数据
类型加强了对齐限制,要求这些数据对象占用一定的地址空间,比如某些字节寻址的CPU
会要求32位
(4字节)整型存放在4的整数倍地址上(也就是所谓的addressalighment地址对齐).在这个
前提下
,思考程序中的指针转化,假设p1一开始指向的是0x0003单元(对uint8_t型的整数没有对
齐要求),则
执行最后一行强制转换后,p2到底指向哪个单元就无法预料了.
规则11.5指针转换过程中不允许丢失指针的constvolatile属性
按照如下定义指针
uint16_tx;
uint16_t*constcpi=x;/*const指针*/
unit16_t*const*pcpi;/*指向const指针的指针*/
constuint16_t**ppci;/*指向const整数指针的指针*/
uint16_t**ppi;
constuint16_t*pci;/*指向const整型的指针*/
volatileuint16_t*pvi;/*指向volatile整型的指针*/
unit16_t*pi;
则一下指针转换是允许的
pi=cpi;
以下指针转换是不允许的
pi=(uint16_t*)pci;
pi=(uint16_t*)pvi;
ppi=(uint16_t**)pcpi;
ppi=(uint16_t**)ppci;
以上非法指针类型转换将会丢失const或者volatile类型。丢失const属性
将有可能导致在对只读内容进行写操作,编译器不会发出警告,编译器将对不具有
volatitle属性的变量做优化;丢失volatile属性,编译器的优化可能导致程序员
预先设计的硬件时序操作失效,这样的错误很难发现。关于const和volatile
关键字的详细左右,读者可参考ISOC获取更多信息.
指针的运算
ISOC标准中,对指向数组成员的指针运算(包括算术运算,比较等)作了规范定义,除此
以外的
指针运算属于未定义(undifined)范围,具体实现有赖于具体编译器件,其安全性无法得到保
障,
MISRA-C中对指针运算的合法范围作了如下限定.
规则17.1只有指向数组的指针才允许进行算术运算。
(注:其实此处的算术运算子仅仅有限定于指针加减某个整数,比如ppoint=point-5,
ppoint++等)
规则17.2只有指向同一个数组的两个指针才允许相减.
(两个
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