باعتبارها لغة برمجة منخفضة المستوى، فإن لغة C لديها أيضًا بعض المخاطر المحتملة وراء كفاءتها ومرونتها، مثل صفيف منخفض خارج الحدود. سوف يستكشف محرر Downcodes بعمق الأسباب التي تجعل اشتراكات المصفوفة في لغة C لا تبلغ عن الأخطاء عندما تكون خارج الحدود، وتوفر بعض طرق الوقاية والحل. ستحلل هذه المقالة فلسفة التصميم للغة C، وآلية الوصول إلى الذاكرة، ونطاق مسؤوليات المترجم، وستتضمن أيضًا جلسات الأسئلة والأجوبة ذات الصلة لمساعدة القراء على فهم هذه المشكلة بشكل أكثر شمولاً.
في لغة C، يرجع سبب عدم الإبلاغ عن أي خطأ عندما يتجاوز خط المصفوفة الحدود بشكل أساسي إلى فلسفة التصميم للغة C، وآلية الوصول إلى الذاكرة، والنطاق المحدود لمسؤولية المترجم. تم تصميم لغة C لتكون فعالة ومرنة، ولا توفر عمليات فحص خارج الحدود لتجنب إدخال تكاليف إضافية في وقت التشغيل. بالإضافة إلى ذلك، فإن آلية الوصول إلى الذاكرة لا تمنع البرنامج من الوصول إلى عناوين الذاكرة خارج نطاق الذاكرة المخصص بواسطة المصفوفة. عادةً ما يكون المترجم مسؤولاً فقط عن التحقق من بناء الجملة والدلالات الثابتة، ولا يتضمن استخدام الذاكرة في وقت التشغيل، وهذا هو السبب في عدم اكتشاف سلوك المصفوفة خارج الحدود والإبلاغ عن الأخطاء في مرحلة التجميع.
تؤكد فلسفة التصميم للغة C على منح المبرمجين حقوق التحكم، بما في ذلك الوصول المباشر إلى الذاكرة. وهذا يعني أن لغة C تثق في المبرمجين لإدارة استخدام الذاكرة بشكل صحيح، بما في ذلك الوصول إلى المصفوفة. هذا التصميم يجعل لغة C مفيدة للغاية في برمجة الأنظمة وتطوير البرامج ذات المستوى المنخفض لأنها لا تفرض أي حمل إضافي على الأداء. ومع ذلك، فإن هذا أيضًا يجعل برامج لغة C عرضة لمشاكل تتعلق بسلامة الذاكرة، مثل الوصول إلى المصفوفة خارج الحدود، ويتراوح ضرر هذه المشكلات من أخطاء بسيطة في البيانات إلى ثغرات أمنية خطيرة.
منذ بدايتها، تم تصميم لغة C كلغة منخفضة المستوى تسمح بالمعالجة المباشرة للأجهزة والتحكم في الذاكرة. تركز فلسفة التصميم هذه على الكفاءة وتهدف إلى تقليل تكاليف تشغيل البرنامج. لأنه في مجالات مثل نواة نظام التشغيل والأنظمة المدمجة التي تتطلب تفاعلًا وثيقًا مع الأجهزة، تعد كفاءة تشغيل البرنامج أمرًا بالغ الأهمية. لذلك، توفر لغة C مرونة كبيرة للمبرمجين لإدارة الذاكرة مباشرة، بما في ذلك استخدام المصفوفات والوصول إليها.
بالنسبة لعملية الوصول إلى المصفوفة، إذا تم إجراء فحص الحدود على كل وصول، فسوف يتسبب ذلك في خسارة كبيرة في الأداء. في بعض التطبيقات الهامة للأداء، يعد هذا أمرًا غير مقبول. لذلك، في لغة C، تقع على عاتق المبرمج مسؤولية التأكد من أن الوصول إلى المصفوفة لا يتجاوز الحدود.
في لغة C، يتم تنفيذ المصفوفات كعناوين ذاكرة متتالية. اسم المصفوفة هو في الأساس مؤشر إلى العنصر الأول في المصفوفة. عندما نصل إلى عنصر مصفوفة، فإننا نقوم في الواقع بإجراء حساب المؤشر، وحساب عنوان العنصر الهدف، ثم الوصول إلى هذا العنوان. إذا كان الرمز المنخفض خارج الحدود، فقد يتجاوز العنوان المحسوب نطاق الذاكرة المخصص بواسطة المصفوفة، ولكن من وجهة نظر الأجهزة، لا يزال هذا عنوان ذاكرة قانونيًا، لذلك لن يقوم الجهاز بالإبلاغ عن خطأ.
في لغة C، ترتبط المؤشرات ارتباطًا وثيقًا بالمصفوفات. في الواقع، في كثير من الحالات، يمكن استخدام اسم المصفوفة كمؤشر إلى العنصر الأول الخاص به. عندما نصل إلى مصفوفة خارج الحدود، فهي في الأساس عملية غير قانونية على المؤشر، ولكن لن يتم التحقق من هذه العملية على مستوى اللغة.
يعد مترجم لغة C مسؤولاً بشكل أساسي عن تحليل بناء جملة التعليمات البرمجية والتحقق من الدلالات الثابتة. عادة ما تكون صفيف منخفض خارج الحدود مشكلة في وقت التشغيل، ويعتمد حدوثها على السلوك الديناميكي للبرنامج. نظرًا لأن المترجم لا يمكنه معرفة ظروف التشغيل المحددة للبرنامج أثناء التجميع، فلن يقوم بالتحقق من الأخطاء أو الإبلاغ عنها لمثل هذه المشكلات.
على الرغم من أن بعض المترجمين الحديثين يوفرون درجة معينة من أدوات التحليل الثابتة للتحذير من المخاطر المحتملة للمصفوفة خارج الحدود، إلا أنه من غير الواقعي الاعتماد كليًا على المترجم لاكتشاف جميع مشاكل المصفوفة خارج الحدود. من الصعب على أدوات التحليل هذه تغطية جميع السلوكيات الديناميكية، وبالتالي لا يمكنها ضمان اكتشاف جميع عمليات الوصول خارج الحدود.
على الرغم من أن لغة C نفسها لا توفر آلية فحص مضمنة خارج الحدود، إلا أن المبرمجين يمكنهم اتخاذ بعض التدابير لمنع وحل مشاكل المصفوفة خارج الحدود.
توفر مكتبة C القياسية بعض الوظائف، مثل memcpy () وstrncpy () تحتاج هذه الوظائف إلى تحديد حجم الذاكرة المراد تشغيلها بشكل صريح، مما يساعد على منع تجاوز الحدود.
قبل الوصول إلى المصفوفة، يمكن للمبرمج التحقق يدويًا مما إذا كان الفهرس ضمن النطاق القانوني. على الرغم من أن هذا سيجلب بعض النفقات الإضافية لوقت التشغيل، إلا أنه يستحق ذلك في كثير من الحالات، خاصة في البرامج التي يكون الأمان فيها أكثر أهمية.
من خلال فهم فلسفة التصميم وآلية الوصول إلى الذاكرة ومسؤولية المترجم للغة C، فإننا نعرف سبب عدم الإبلاغ عن أي خطأ عندما تعبر اشتراكات المصفوفة الحدود في لغة C، وكيفية منع هذه المشكلة وحلها من خلال بعض التدابير.
لماذا لا يقوم المصفوفة المنخفضة خارج الحدود بالإبلاغ عن خطأ في لغة C؟
السبب 1: الوصول إلى المصفوفة خارج الحدود في لغة C لا يؤدي إلى التحقق من الحدود. لغة C هي لغة منخفضة المستوى توفر طريقة تشغيل أقرب إلى المستوى المنخفض، لذلك لا توجد آلية مدمجة للتحقق من الحدود. هذا يعني أنه عندما نصل إلى مصفوفة، فإن النظام لا يتحقق مما إذا كان الخط المنخفض الخاص بنا يتجاوز نطاق المصفوفة.
السبب الثاني: منخفض المصفوفة خارج الحدود وقد يسبب مشاكل أخرى. على الرغم من أن لغة C لا تبلغ عن الأخطاء بشكل مباشر، إلا أن الوصول إلى المصفوفة خارج الحدود قد يتسبب في تعطل البرنامج أو تلف البيانات أو سلوك غير متوقع. على سبيل المثال، عندما نصل إلى ذاكرة خارج نطاق المصفوفة، فقد يؤثر ذلك على قيم المتغيرات الأخرى، مما يسبب أخطاء في البرنامج يصعب تصحيحها.
السبب الثالث: تشجع لغة C المبرمجين على أن يكونوا مسؤولين عن فحص حدود المصفوفة بأنفسهم. تؤكد فلسفة التصميم للغة C على سيطرة المبرمج على الكود، وتشجع المبرمج على أن يكون مسؤولاً عن التحقق من حدود المصفوفة. وهذا يمكن أن يمنح المطورين قدرًا أكبر من المرونة والكفاءة، ويتجنب فقدان الأداء غير الضروري في بعض التطبيقات التي تتطلب وقتًا حرجًا.
باختصار، على الرغم من أن الوصول إلى المصفوفة خارج الحدود في لغة C لن يبلغ عن خطأ بشكل مباشر، إلا أن هذا لا يعني أنه يمكننا تنفيذ الوصول خارج الحدود حسب الرغبة. إن التحكم المعقول في حدود المصفوفة هو الأساس للتشغيل الصحيح للبرنامج ويجب أن يتم التخطيط له والتحقق منه بدقة من قبل المبرمج.
آمل أن يساعد التحليل الذي أجراه محرر Downcodes الجميع على فهم مشكلة اشتراكات المصفوفة خارج الحدود في لغة C بشكل أفضل. تذكر أن ممارسات البرمجة الدقيقة ومراجعة التعليمات البرمجية هي المفتاح لتجنب مثل هذه المشاكل.