在 C 语言中，scanf 函数是一个非常常用的函数，它允许我们从键盘输入数据并将其存储在变量中。然而，scanf 函数也有一些可能会导致程序出现错误或安全漏洞的特殊情况。因此，在使用 scanf 函数读取用户输入时，我们需要注意一些事项以确保程序的安全性。

本文将围绕 “如何安全地使用 scanf 函数读取用户输入？” 展开，为你介绍 scanf 函数的安全问题以及如何避免这些问题。

一、scanf 函数的安全问题

1. 缓冲区溢出

scanf 函数使用缓冲区来存储用户输入的数据。如果用户输入的数据超出了我们定义的缓冲区大小，那么就会发生缓冲区溢出。这种情况可能会导致程序崩溃，或者被攻击者利用来执行恶意代码。

例如，下面的代码定义了一个 char 类型的缓冲区 buf，大小为 10 个字节：

```

char buf[10];

scanf("%s", buf);

```

如果用户输入的字符串超过了 10 个字符，那么 buf 将不足以存储这些数据，导致缓冲区溢出。攻击者可以利用这种漏洞来执行恶意代码，例如覆盖程序的返回地址来实现代码注入攻击。

2. 格式字符串漏洞

scanf 函数的另一个安全问题是格式字符串漏洞。当我们使用 scanf 函数时，如果格式字符串中包含了格式化字符 %s 或 %c，那么用户输入的数据将以字符串的形式被读取到内存中。攻击者可以利用这个漏洞来执行代码注入攻击。

例如，下面的代码读取用户输入的字符串 buf 并将其输出：

```

char buf[10];

scanf("%s", buf);

printf(buf);

```

如果用户输入的字符串包含了格式化字符 %x，那么这个字符将会被替换为内存中对应的数据，例如返回地址。这就是格式字符串漏洞，它允许攻击者读取程序内存中的数据或执行任意代码。

二、如何安全地使用 scanf 函数读取用户输入？

1. 使用 fgets 函数代替 scanf

为了避免 scanf 函数的缓冲区溢出问题，我们可以使用 fgets 函数来替换 scanf。fgets 函数读取一行文本并将其存储到指定的缓冲区中。这个函数可以指定最大读取的字符数，这样就可以避免缓冲区溢出问题。

例如，下面的代码使用 fgets 函数读取用户输入的字符串：

```

char buf[10];

fgets(buf, 10, stdin);

```

2. 检查用户输入的长度

如果我们必须使用 scanf 函数，那么我们需要检查用户输入的长度以确保它不会超出我们定义的缓冲区大小。我们可以使用 %n 格式化字符来获取 scanf 函数已读取的字符数，然后与缓冲区大小进行比较。

例如，下面的代码检查用户输入的字符串长度是否超过了 10 个字符：

```

char buf[10];

int len;

scanf("%9s%n", buf, &len);

if (len > 10) {

fprintf(stderr, "input too long");

exit(1);

}

```

在上面的代码中，%9s 格式化字符表示最多读取 9 个字符。%n 格式化字符将会被 scanf 函数自动替换为已读取的字符数。

3. 使用限制字符集的格式化字符

为了避免格式字符串漏洞，我们可以使用限制字符集的格式化字符来读取用户输入。这些格式化字符将在用户输入中查找指定的字符集，而不是将整个字符串作为格式化字符串。

例如，我们可以使用 %[^...] 来读取一个字符集中的任意字符。下面的代码读取用户输入的字符串，其中只包含字母和数字字符：

```

char buf[10];

scanf("%9[^a-zA-Z0-9]%*c", buf);

```

在上面的代码中，%9[^a-zA-Z0-9] 格式化字符表示最多读取 9 个字母或数字字符。%*c 格式化字符将读取一个换行符，并将其丢弃，以确保下一次的输入不会被换行符干扰。

4. 使用安全的版本

一些 C 库提供了安全版本的 scanf 函数，如 scanf_s 和 __isoc99_scanf。这些函数在读取用户输入时会执行额外的检查，以确保输入不会导致缓冲区溢出或格式字符串漏洞。

例如，scanf_s 函数的用法与 scanf 函数相同，只是它接受一个额外的参数作为要读取的字符数。这个函数将根据参数自动调整缓冲区的大小。

```

char buf[10];

scanf_s("%9s", buf, 10);

```

总结

使用 scanf 函数读取用户输入是 C 语言中的一个常见操作。然而，scanf 函数也存在一些安全问题，如缓冲区溢出和格式字符串漏洞。为了避免这些问题，我们可以使用 fgets 函数代替 scanf、检查用户输入的长度、使用限制字符集的格式化字符、或者使用安全版本的 scanf 函数。这些技术可以帮助我们更安全地读取用户输入，从而保护程序的安全性。