C黑魔法

whoami

fallnight
資工二甲
113屆儲備會長
特選仔
女婕思

outline

C黑魔法是啥
小試身手 - 判斷奇偶
運算子的優先順序
for-loop 的各種寫法
區域 & 全域變數
Random (亂數)
C的安全問題

C黑魔法是什麼?

你平時寫程式不會注意的小細節
遇到特定的測資就會出錯
可能沒學過的酷酷的寫法
遇到沒寫完善的code就可以鑽它的漏洞做壞壞的事(x

判斷奇偶

寫個可以判斷輸入的整數是奇數還是偶數的程式吧

if(n % 2 == 1)
// 奇數
else
// 偶數

if(n % 2 != 0)
// 奇數
else
// 偶數

哪一個比較準確?

~~直接丟個負數給它試試吧你會知道誰比較好的~~

結果竟然不一樣?!

#include<stdio.h>

int main()
{
	int n;
	printf("請輸入n: ");
	scanf("%d",&n);
	if(n % 2 != 0)
	{
		printf("%d是奇數\n",n);
	}
	else
	{
		printf("%d是偶數\n",n);
	}
	return 0;
}

#include<stdio.h>

int main()
{
	int n;
	printf("請輸入n: ");
	scanf("%d",&n);
	if(n % 2 == 1)
	{
		printf("%d是奇數\n",n);
	}
	else
	{
		printf("%d是偶數\n",n);
	}
	return 0;
}

再試試看這個

#include<stdio.h>

int main()
{
	printf(" 5 %%  2  =   %d\n" , 5 % 2);
	printf("-5 %%  2  =  %d\n" , -5 % 2);
	printf(" 5 %% -2  =   %d\n" , 5 % -2);
	return 0;
}

第三行輸出怪怪的??

#include<stdio.h>

int main()
{
	printf(" 5 %%  2  =   %d\n" , 5 % 2);
	printf("-5 %%  2  =  %d\n" , -5 % 2);
	printf(" 5 %% -2  =   %d\n" , 5 % -2);
	return 0;
}

不賣關子了
解答時間~

C怎麼定義取餘數 %

a = (a / b) * b + a % b
=> (a % b) = a - (a / b) * b

整數型態的 a 等於 (a / b) * b + a % b

移項得知
a 除以 b 的餘數是 (a % b) = a - (a / b) * b

代入數字就清楚了

(a % b) = a - (a / b) * b

// a=-5, b=2
-5 % 2 = -5 - (-5 / 2) * 2
= -5 - (-2) * 2
= -5 - (-4)
= -5 + 4
= -1

// a= 5, b=-2
5 % -2 = 5 - (5 / -2) * (-2)
= 5 - (-2) * (-2)
= 5 - 4

= 1

if(n % 2 == 1)
// 奇數
else
// 偶數

if(n % 2 != 0)
// 奇數
else
// 偶數

所以比較準確的是?

if(n % 2 == 0)
// 偶數
else
// 奇數

這樣寫也可以💯

驗證環節

#include<stdio.h>

int main()
{
	int n;
	while(1)
	{
		printf("請輸入n: ");
		scanf("%d",&n);
		if(n % 2 == 0)
		{
			printf("%d是偶數\n",n);
		}
		else
		{
			printf("%d是奇數\n",n);
		}	
	}
	return 0;
}

運算子的優先順序

一樣先來個小試身手時間!

它會輸出什麼?

int a = -1, b = 1, c;
c = a+++b;
printf("a, b, c = %d, %d, %d\n", a, b, c);

解答時間 ! 答案是...

int a = -1, b = 1, c;
c = a+++b;
printf("a, b, c = %d, %d, %d\n", a, b, c);

C的運算子優先順序

圖片來源: https://en.cppreference.com/w/c/language/operator_precedence

Operator Precedence
如果遇到同一種運算子就由左往右

再看回頭看一次

int a = -1, b = 1, c;
c = a+++b;
printf("a, b, c = %d, %d, %d\n", a, b, c);

c = a+++b

=> c = (a++)+b

=> c = -1 + 1 = 0
=> a = a+1 = -1 + 1 = 0

=> b = 1

=> a = 0, b=1, c=0

它會輸出什麼?

#include <stdio.h>
int main()
{
    for(int i=1;0<i<10;i++){
    	printf("NISRA");
    }
    return 0;
}

無限迴圈?!

解答時間 ! 原因是...

for(int i=1;0<i<10;i++){
    	printf("NISRA");
    }

0 < i < 10

=> (0 < i) < 10

因為 i 的初始值直接從大於 0 的 1 開始，所以 0 < i 永遠是True = 1

=> 1 < 10

所以迴圈的條件判斷永遠都是True，造成無限迴圈

改良方案

for(int i=1;0<i && i<10;i++){
    	printf("NISRA");
    }

0 < i < 10

=> 0 < i && i < 10

//i = 10

=> True && False
=> False，迴圈結束

它會輸出什麼?

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 10, b = 20, c = 30;
    if (c > b > a)
        printf("True\n");
    else
        printf("False\n");
}

解答時間 ! 答案是...

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 10, b = 20, c = 30;
    if (c > b > a)
        printf("True\n");
    else
        printf("False\n");
}

c > b > a

=> (c > b) > a

=> (30 > 20) > 10

=> (True) > 10 = 1 > 10

=> False

改良方案

int a = 10, b = 20, c = 30;
if (c > b > a)
	printf("True\n");
else
	printf("False\n");

c > b > a

=> c > b && b > a

=> 30 > 20 && 20 > 10

=> True && True

=> True

for-loop的各種寫法

又一樣先來個小試身手時間!

請寫個for迴圈，印出以下結果

複習一下，迴圈是如何運作的?

#include <stdio.h>
int main()
{
	for(int i = 9; i >= 0; i--){
		printf("%d\n",i);
	}
}

先宣告初始值 i = 9
給個條件判斷迴圈何時終止
告訴程式結束一次迴圈之後要如何改變 i

還可以怎麼寫?

~~就是一些沒什麼意義但看起來很厲害的寫法~~

for-loop的黑魔法

#include <stdio.h>
int main()
{
    for(int i = 10; 0 <= --i;){
        printf("%d\n",i);
    }
}

for-loop的黑魔法

#include <stdio.h>
int main()
{
    for(int i = 10; 0 <= --i;){
        printf("%d\n",i);
    }
}

先宣告初始值 i = 10
--i -> i 會先做 i = i - 1
最後進行條件判斷 0 <= i

for-loop的黑魔法

#include <stdio.h>
int main()
{
    for(int i = 10;i-->0;){
        printf("%d\n",i);
    }
}

for-loop的黑魔法

#include <stdio.h>
int main()
{
    for(int i = 10;i-->0;){
        printf("%d\n",i);
    }
}

先宣告初始值 i = 10
i-->0 其實就是 i-- > 0
先取 i 的值做條件判斷，再做 i = i - 1

for-loop的黑魔法

#include <stdio.h>
int main()
{
    for(int i = 10; 0 <= ~~ --i;){
        printf("%d\n",i);
    }
}

for-loop的黑魔法

#include <stdio.h>
int main()
{
    for(int i = 10; 0 <= ~~ --i;){
        printf("%d\n",i);
    }
}

先宣告初始值 i = 10
~ 是取反運算符，會把每一個 bit 取反，例如: 1010 取反變成 0101
所以 0 <= ~~ --i 跟 0 <= --i 是一樣的意思

如果要寫出這樣的結果呢?

可以這樣寫

#include <stdio.h>
int main()
{
    for (int i = 10, j = 0; i > 0 && j < 10; i--, j++){
        printf("%d %d\n",i,j);
    }
}

先宣告兩個變數的初始值 i = 10, j = 0
i、j的條件用&&相連，也就是只有i、j同時符合條件，迴圈才能繼續
i 做 i--，j 做 j++，用逗號相連就可以一次做多個動作

珍惜生命,不要亂寫噁心別人

By 歷屆學長姐的留言

區域變數? 全域變數?

又又一樣先來個小試身手時間!

x會回傳多少?

int x=0;
int getNum(){
    int x=1214;
    {
    	return x;
    }
}

變數的可視範圍

int x=0;
int getNum(){
    int x=1214;
    {
    	return x;
    }
}

由下往上、由內到外，遇到的第一個
所以 x 會回傳1214

如果想跳過區域變數呢?

int x=0;
int getNum(){
    int x=1214;
    {
    	extern int x;
    	return x;
    }
}

x會回傳多少?

int main(){
	{
    	int x=0;
	}
	printf("%d\n",x);
}

報錯了?

int main(){
	{
    	int x=0;
	}
	printf("%d\n",x);
}

跟 printf 相同的{ }內沒有 x 被宣告，所以出現錯誤

隨機亂數真的隨機嗎?

終於沒有小試身手了(x

Random ?

產生亂數的函式
但亂數並不是隨機產生
而是由一個亂數種子，透過複雜的數學演算法算出很像亂數的數值

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // C 的亂數標頭檔
/* #include <cstdlib> 
如果是C++則是引入這個標頭檔 */

int main(){

  int x = rand(); //產生亂數

  printf("x = %d\n",x);
  return 0;
}

多輸出幾次試試

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
    for(int i=0;i<10;i++){
        printf("%d\n",rand());
    }
}

每次執行結果都一樣??

Random怎麼生成亂數的?

基於一個亂數種子，透過複雜的數學演算法算出很像亂數的數值
因為沒有特別去設定這次的亂數種子是什麼，所以執行結果都一樣

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
    for(int i=0;i<10;i++){
        printf("%d\n",rand());
    }
}

怎麼設定亂數種子?

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h> // C 的時間相關的標頭檔
/* #include <ctime> 
如果是C++則是引入這個標頭檔 */

int main(){

	srand(time(NULL)); //初始化時間種子
    
    printf("%d\n",rand());
    return 0;
}

利用srand()函式設定
可以設定成以當下時間為種子去做亂數計算

C的安全問題

~~交作業都來不及了誰還會想到安全問題~~

這有什麼問題嗎?

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char input[10];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);

    printf("%s\n", input);

    return 0;
}

input沒有限制輸入長度

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char input[10];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);

    printf("%s\n", input);

    return 0;
}

限制? 怎麼加? 為什麼要加?

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char input[10];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%9s", input);

    printf("%s\n", input);

    return 0;
}

%s -> %9s
如果沒有限制，輸入過大的值會覆蓋到其他變數原本的值 -> Buffer Overflow

為什麼長度限制是9 ?

input字元陣列的宣告長度是10
但字串結尾要有結束符號 \0
所以是 9 個字元 + 1 個結束符號 = 10個陣列元素

N	I	S	R	A	B	L	A	B	\0

input[10]

結尾

Buffer Overflow

緩衝區溢位
輸入的內容超過預先留好的記憶體大小

圖片來源: https://www.cloudflare.com/zh-tw/learning/security/threats/buffer-overflow/

讓我們鬼轉進入組語的世界

記憶體怎麼儲存輸入的變數內容?

kernel
space

stack

data

heap

code

簡易的記憶體佈局(Memory Layout)的示意圖

系統保留

區域變數

動態分配

程式全域變數

程式碼

高位址

低位址

Memory Layout

kernel
space

stack

data

heap

code

系統保留

區域變數

動態分配

程式全域變數

程式碼

程式碼區段(code section)
又稱為 text section

高位址

低位址

Memory Layout

kernel
space

stack

data

heap

code

系統保留

區域變數

動態分配

程式全域變數

程式碼

存放著程式的全域變數
已初始化 / 未初始化

高位址

低位址

Memory Layout

kernel
space

stack

data

heap

code

系統保留

區域變數

動態分配

程式全域變數

程式碼

動態分配的空間
- C
  - malloc / free
- C++
  - new / delete

高位址

低位址

Memory Layout

kernel
space

stack

data

heap

code

系統保留

區域變數

動態分配

程式全域變數

程式碼

區域變數

高位址

低位址

Memory Layout

kernel
space

stack

data

heap

code

系統保留

區域變數

動態分配

程式全域變數

程式碼

系統保留的空間

高位址

低位址

kernel
space

stack

data

heap

code

系統保留

區域變數

動態分配

程式全域變數

程式碼

#include <stdio.h>

int global = 87; // data
int main()
{
	int a = 10; // stack
}

Memory Layout

高位址

低位址

Registers of x86

Register ?

暫存器
是一個臨時儲存區域
用於儲存指令、變數和變數的值、計算後的結果
方便CPU需要時可以快速存取，不用每一次都從記憶體找

x86 ?

x86是intel發明的指令集，我們的電腦處理器就會去執行x86的這些指令

Registers of x86

EIP
- Instruction Pointer
- 下一個執行的 instruction 之位址
ESP
- Stack Pointer
- 儲存 Stack 頭位址
EBP
- Base Pointer
- 儲存 Stack 基底(base)位址

Memory Layout & Register of x86

kernel
space

stack

data

heap

code

系統保留

區域變數

動態分配

程式全域變數

程式碼

EBP

ESP

EIP

舉個栗子

#include<stdio.h>

int main()
{
    char a[4];
    scanf("%4s",&a);
    printf("%s",a);
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	????
EBP-0x4	????
EBP-0x8	????
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

舉個栗子

#include<stdio.h>

int main()
{
    char a[4];
    scanf("%4s",&a);
    printf("%s",a);
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	????
EBP-0x8	????
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

舉個栗子

#include<stdio.h>

int main()
{
    char a[4];
    scanf("%4s",&a);
    printf("%s",a);
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	????
EBP-0x8	????
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

a [ ]

輸入 abcd

#include<stdio.h>

int main()
{
    char a[4];
    scanf("%4s",&a);
    printf("%s",a);
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	dcba
EBP-0x8	????
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

a [ ]

輸出 abcd

#include<stdio.h>

int main()
{
    char a[4];
    scanf("%4s",&a);
    printf("%s",a);
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	dcba
EBP-0x8	????
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

Lab Time

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char pwd[8] = "NISRA";
    char input[8];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(pwd, "admin") == 0)
    	printf("Yes you pass it!\n\n");
    else
    	printf("No, keep trying.\n\n");
    return 0;
}

在不改動程式碼的前提下

輸入 input

印出 "Yes you pass it!"

~解答時間~

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char pwd[8] = "NISRA";
    char input[8];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(pwd, "admin") == 0)
    	printf("Yes you pass it!\n\n");
    else
    	printf("No, keep trying.\n\n");
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	????
EBP-0x4	????
EBP-0x8	????
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char pwd[8] = "NISRA";
    char input[8];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(pwd, "admin") == 0)
    	printf("Yes you pass it!\n\n");
    else
    	printf("No, keep trying.\n\n");
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	????
EBP-0x8	????
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char pwd[8] = "NISRA";
    char input[8];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(pwd, "admin") == 0)
    	printf("Yes you pass it!\n\n");
    else
    	printf("No, keep trying.\n\n");
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	0x00000041
EBP-0x8	0x5253494E
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char pwd[8] = "NISRA";
    char input[8];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(pwd, "admin") == 0)
    	printf("Yes you pass it!\n\n");
    else
    	printf("No, keep trying.\n\n");
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	\x00\x00\x00A
EBP-0x8	RSIN
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

為什麼是A RSIN

Endian

位元組存放順序(byte ordering)
資料在記憶體中放的順序

e.g. 0x12345678
little-endian \x78 \x56 \x34 \x12
big-endian \x12 \x34 \x56 \x78

低位址

高位址

LSB

MSB

為什麼反過來 ? 為什麼一次只放4個 ?

x86 是 little-endian
一個字元等於 1 byte
1 byte = 8 bits
Register 是 32-bit = 4 byte
NISRA 存在EBP內，所以一行只能容納 4 個字元
A
R S I N

低位址

高位址

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char pwd[8] = "NISRA";
    char input[8];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(pwd, "admin") == 0)
    	printf("Yes you pass it!\n\n");
    else
    	printf("No, keep trying.\n\n");
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	\x00\x00\x00A
EBP-0x8	RSIN
EBP-0xC	????
EBP-0x10	????

EIP

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char pwd[8] = "NISRA";
    char input[8];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(pwd, "admin") == 0)
    	printf("Yes you pass it!\n\n");
    else
    	printf("No, keep trying.\n\n");
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	\x00\x00\x00n
EBP-0x8	imda
EBP-0xC	bbbb
EBP-0x10	aaaa

EIP

如果輸入aaaabbbbadmin

覆蓋到 pwd[]

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char pwd[8] = "NISRA";
    char input[8];
    printf("Give me some input: ");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(pwd, "admin") == 0)
    	printf("Yes you pass it!\n\n");
    else
    	printf("No, keep trying.\n\n");
    return 0;
}

index	value
EBP+0x8	...
EBP+0x4	...
EBP	EBP
EBP-0x4	\x00\x00\x00n
EBP-0x8	imda
EBP-0xC	bbbb
EBP-0x10	aaaa

EIP

input [ ]

pwd [ ]

參考資料

https://blog.gtwang.org/programming/c-cpp-rand-random-number-generation-tutorial-examples/#google_vignette
https://hackmd.io/@Ben1102/B1gfGLT3u
https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10188599
https://hackmd.io/@mushding/assembly_language
https://www.eagletek.com.tw/post/register-in-cpu?srsltid=AfmBOooF2MVABCyP1Rfk334LJCFAkoybJTZpVatjJceDhXFcchuolNQb
https://www.ithome.com.tw/tech/56880

C黑魔法

By fallnight

C黑魔法

whoami

outline

C黑魔法是什麼?

C黑魔法是什麼?

判斷奇偶

哪一個比較準確?

結果竟然不一樣?!

再試試看這個

第三行輸出怪怪的??

不賣關子了 解答時間~

C怎麼定義取餘數 %

代入數字就清楚了

所以比較準確的是?

這樣寫也可以💯

驗證環節

運算子的優先順序

它會輸出什麼?

解答時間 ! 答案是...

C的運算子優先順序

再看回頭看一次

它會輸出什麼?

無限迴圈?!

解答時間 ! 原因是...

改良方案

它會輸出什麼?

解答時間 ! 答案是...

改良方案

for-loop的各種寫法

請寫個for迴圈，印出以下結果

複習一下，迴圈是如何運作的?

還可以怎麼寫?

for-loop的黑魔法

for-loop的黑魔法

for-loop的黑魔法

for-loop的黑魔法

for-loop的黑魔法

for-loop的黑魔法

如果要寫出這樣的結果呢?

可以這樣寫

珍惜生命,不要亂寫噁心別人

區域變數? 全域變數?

x會回傳多少?

變數的可視範圍

如果想跳過區域變數呢?

x會回傳多少?

報錯了?

隨機亂數真的隨機嗎?

Random ?

多輸出幾次試試

每次執行結果都一樣??

Random怎麼生成亂數的?

怎麼設定亂數種子?

C的安全問題

這有什麼問題嗎?

input沒有限制輸入長度

限制? 怎麼加? 為什麼要加?

為什麼長度限制是9 ?

Buffer Overflow

讓我們鬼轉進入組語的世界

記憶體怎麼儲存輸入的變數內容?

Memory Layout

Memory Layout

Memory Layout

Memory Layout

Memory Layout

Memory Layout

Registers of x86

Register ?

x86 ?

Registers of x86

Memory Layout & Register of x86

舉個栗子

舉個栗子

舉個栗子

輸入 abcd

輸出 abcd

Lab Time

~解答時間~

為什麼是A RSIN

不賣關子了
解答時間~