程序机器级表示高级主题：内存布局与缓冲区溢出

程序的机器级表示Ⅴ：高级主题 程序的机器级表示Ⅴ：高级主题是计算机科学与技术学院哈尔滨工业大学深圳硬件和系统教研室的夏文教师讲授的课程。该课程主要讲解程序的机器级表示的高级主题，涵盖了内存布局、缓冲区溢出、联合等方面的知识点。 **内存布局** 在x86-64Linux系统中，内存布局主要包括栈（Stack）、堆（Heap）、数据（Data）和代码/共享库（Text/Shared Libraries）四个部分。 * 栈（Stack）：用于存储局部变量和函数调用时的参数和返回值，最大限制为8MB。 * 堆（Heap）：用于动态分配内存，按需分配，例如调用malloc、calloc、new等函数时。 * 数据（Data）：用于存储静态分配的内存中的数据，例如全局变量、static变量、字符串常量等。 * 代码/共享库（Text/Shared Libraries）：用于存储只读的可执行的机器指令。 **缓冲区溢出** 缓冲区溢出是指在缓冲区中写入的数据超过缓冲区的容量时，导致的溢出问题。缓冲区溢出可能会导致安全隐患，例如执行恶意代码、获取敏感信息等。 **预防缓冲区溢出** 为了预防缓冲区溢出，可以采取以下措施： * 使用安全的函数，例如strcpy_s、snprintf等，来避免缓冲区溢出。 * 对输入数据进行校验，避免恶意输入。 * 使用地址空间布局随机化（Address Space Layout Randomization，ASLR）来防止攻击者预测缓冲区的位置。 **联合** 联合（Union）是一种特殊的数据类型，允许在同一块内存空间中存储不同的数据类型。联合的使用可以提高内存的使用效率，但也需要注意union的初始化和访问规则，以避免错误的使用。 **内存分配示例** 例如，在C语言中，使用malloc函数可以动态分配内存，例如： ```c char big_array[1L<<24]; /* 16MB */ char huge_array[1L<<31]; /* 2GB */ int global = 0; int useless(){ return 0; } int main() { void *p1, *p2, *p3, *p4; int local = 0; p1 = malloc(1L<<28); /* 256MB */ p2 = malloc(1L<<8); /* 256B */ p3 = malloc(1L<<32); /* 4GB */ p4 = malloc(1L<<8); /* 256B */ /* Some print statements */ } ``` 在上面的示例中，我们使用malloc函数动态分配了四个指针变量，分别分配了256MB、256B、4GB和256B的内存空间。