Was sind Arrays und Strings in C?
Ein Array ist eine Reihe gleich großer Elemente direkt hintereinander im Speicher. Eine Zeichenkette (String) in C ist nichts anderes als ein char-Array, das mit dem Byte 0 endet.
Wer das weiß, versteht, warum ein zu langer Name in einem Formular das Nachbarfeld überschreiben kann. Dieser Fehler heißt Pufferüberlauf und gehört zu den ältesten Sicherheitslücken.
Am Ende dieser Lektion
Notiz
Ich kann erklären, warum ein Array Speicher ist und eine Zeichenkette Bytes mit einer Null am Ende.
Schlüsselwörter
| Begriff | Was er bedeutet | Beispiel |
|---|---|---|
| Array | eine Reihe gleich großer Elemente hintereinander | int tage[5] |
| Index | der Platz eines Elements, gezählt ab 0 | tage[0] |
| Zeichenkette | ein char-Array, das mit dem Byte 0 endet | |
| Nullbyte | das Byte mit dem Wert 0 am Ende | \0 |
| Puffer | ein Speicherbereich fester Größe | |
| Pufferüberlauf | Schreiben über das Ende eines Puffers hinaus |
Die Zellen, die Lernende ausfüllen, bleiben in dieser Vorschau leer.
Ein Array ist Speicher ohne Lücken
Die Elemente eines Arrays liegen ohne Lücken hintereinander. Das Element mit dem Index i liegt bei Start + i * Größe des Elements.
Deshalb gelingt der Zugriff über den Index so schnell: Der Rechner rechnet nur eine Adresse aus. Das erste Element hat den Index 0, weil es bei der Startadresse selbst liegt.
Beispiel: das Array tage mit fünf ints
| Index | Versatz zum Start in Bytes | Wert |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 31 |
| 1 | 4 | 28 |
| 2 | 8 | 31 |
| 3 | 12 | 30 |
| 4 | 16 | 31 |
Die Zellen, die Lernende ausfüllen, bleiben in dieser Vorschau leer.
In den Arbeitsordner wechseln
mkdir -p ~/csys && cd ~/csysHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Ein Programm mit einem Array schreiben
printf '#include <stdio.h>\n\nint main(void) {\n int tage[5] = {31, 28, 31, 30, 31};\n printf("Array: %%zu Bytes, %%zu Elemente\\n", sizeof(tage), sizeof(tage) / sizeof(tage[0]));\n return 0;\n}\n' > tage.cHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Das Programm übersetzen
gcc -o tage tage.cHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Größe und Elementzahl ausgeben
./tageHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Eine Zeichenkette endet mit dem Byte 0
C kennt keinen eigenen Typ für Text. Eine Zeichenkette ist ein char-Array, dessen letztes Byte der Wert 0 ist, das Nullbyte. Nur so weiß strlen, wo der Text endet.
Darum braucht der Text "Hallo" sechs Bytes, obwohl er fünf Buchstaben hat. Ein Umlaut belegt im UTF-8-Text zwei Bytes, strlen zählt also Bytes und keine Zeichen.
Eine Zeichenkette im Modellspeicher
# Modell: die Zeichenkette "Moin" als Bytes, danach das Nullbyte
speicher = bytearray(8)
text = b"Moin"
for i in range(len(text)):
speicher[i] = text[i]
speicher[len(text)] = 0 # das Nullbyte beendet die Zeichenkette
print(list(speicher[0:6]))
# Ersetzen Sie "Moin" durch b"Hallo" und fuehren Sie erneut aus.
Ein Programm mit Zeichenketten schreiben
printf '#include <stdio.h>\n#include <string.h>\n\nint main(void) {\n char gruss[] = "Hallo";\n printf("Text: strlen %%zu, sizeof %%zu, letztes Byte %%d\\n", strlen(gruss), sizeof(gruss), gruss[5]);\n char kaese[] = "Käse";\n printf("Käse: %%zu Bytes\\n", strlen(kaese));\n return 0;\n}\n' > text.cHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Das Programm übersetzen
gcc -o text text.cHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Längen und Größen ausgeben
./textHier angezeigt, nicht ausgeführt. Erstellen Sie ein kostenloses Konto, um „Ausführen“ zu drücken und ihn im Terminal Ihres eigenen Labs einzugeben.
Ein Pufferüberlauf überschreibt den Nachbarn
Ein Puffer hat eine feste Größe, und C prüft beim Schreiben nicht nach. Kopieren Sie einen zu langen Text hinein, landen die übrigen Bytes im Speicher dahinter, vielleicht in einer anderen Variablen.
Echtes C liefert dann ein undefiniertes Ergebnis, deshalb führen wir das nie aus. Das Modell unten zeigt deterministisch, was dabei geschehen kann.
Ein Überlauf im Modellspeicher
# Modell: Adressen 0 bis 3 sind der Puffer, 4 bis 7 gehoeren der Variable recht
speicher = bytearray(12)
speicher[4] = 1 # recht = 1, ein Gast darf nur lesen
name = b"Eva Maier" # neun Bytes, der Puffer hat nur vier
for i in range(len(name)): # kein Test gegen die Puffergroesse
speicher[i] = name[i]
print("Puffer:", list(speicher[0:4]))
print("recht:", speicher[4])
Ein häufiger Fehler
Warnung
Viele glauben, ein Puffer für einen Text mit vier Zeichen brauche vier Bytes. Das Nullbyte kommt dazu, es sind fünf. Bei vier Bytes wäre das Nullbyte schon außerhalb des Puffers. Prüfen Sie immer, ob Länge plus eins in den Puffer passt.