Programmation C/Chaînes de caractères

Le langage C offre quelques facilités d'écritures pour simuler les chaînes de caractères à l'aide de tableaux. En plus de cela, certaines fonctions de la bibliothèque standard (et les autres) permettent de faciliter leur gestion. À la différence d'un tableau, les chaînes de caractères respectent une convention : se terminer par le caractère nul, noté '\0' (antislash-zero). Ainsi, pour construire une chaîne de caractères « à la main », il ne faut pas oublier ce caractère final.

On peut noter que, par rapport à ce qui est disponible dans d'autres langages, les fonctions de la bibliothèque standard sont peu pratiques à utiliser. On peut avancer sans trop de risque qu'une des plus grandes lacunes du C provient de sa gestion précaire et limitée des chaînes de caractères, pourtant massivement employées dans d'innombrables logiciels. De plus, une mauvaise utilisation de ces fonctions peut facilement conduire à des bugs. Pour faire court, on ne saurait trop conseiller de soit reprogrammer les fonctions ci-dessous, d'utiliser une bibliothèque externe ou de faire preuve de paranoïa avant leur utilisation.

On notera en particulier que la bibliothèque du langage C, assez ancienne n'apporte pas de fonction particulière pour traiter les spécificités de nouveaux standards tels qu'Unicode. Elle est toutefois assez générique pour effectuer certains opérations basiques. Pour une utilisation plus avancée, une bibliothèque Unicode peut avoir un intérêt.

Les fonctions permettant de manipuler les chaînes de caractères se trouvent dans l'entête <string.h>', ainsi pour les utiliser il faut ajouter la commande préprocesseur :

#include <string.h>

Comparaison de chaînes

int strcmp(const char * chaine1, const char * chaine2);
int strncmp(const char * chaine1, const char * chaine2, size_t longueur);

Compare les chaînes chaine1 et chaine2 et renvoie un entier :

• négatif, si chaine1 est inférieure à chaine2 (avant dans l'ordre alphabétique) ;
• zéro, si chaine1 est égale à chaine2 (.i.e. chaine1 et chaine2 sont identiques) ;
• positif, si chaine1 est supérieur à chaine2 (après dans l'ordre alphabétique) .

première remarque : lorsque les deux chaînes sont égales, strcmp renvoie 0, qui a la valeur de vérité faux. Pour tester l'égalité entre deux chaînes, il faut donc écrire soit if (strcmp(chaine1, chaine2) == 0) ..., soit if (!strcmp(chaine1, chaine2)) ... mais surtout pas if (strcmp(chaine1, chaine2)) ... qui teste si deux chaînes sont différentes !

seconde remarque : l'opérateur ==, dans le cas de pointeurs, teste si les adresses sont égales. Noter chaine1 == chaine2, si chaine1 et chaine2 sont des char * revient à tester si les deux chaînes pointent sur la même zone mémoire et non pas à tester l'égalité de leur contenu.

troisième remarque : la comparaison effectuée est une comparaison binaire. Deux chaînes canoniquement équivalentes au sens Unicode sont donc ici considérées différentes.

quatrième remarque : la comparaison n'est pas basée sur un alphabet mais sur un codage de caractère. Ceci conduit à un tri particulier des caractères accentuées, majuscules et minuscules,qui n'est pas nécessairement celui souhaité.

À noter l'existence de deux fonctions de comparaisons de chaîne, insensibles à la casse des caractères et s'adaptant à la localisation en cours, fonctionnant sur le même principe que strcmp() et strncmp(), mais dont l'origine provient des systèmes BSD :

int strcasecmp(const char * chaine1, const char * chaine2);
int strncasecmp(const char * chaine1, const char * chaine2, size_t longueur);

Ces fonctions se basent sur les locales .

Longueur d'une chaîne

size_t strlen(const char * chaine);

Renvoie la longueur de la chaine en octets, sans compter le marqueur de fin de chaîne '\0'.

exemple : strlen("coincoin") renvoie 8.

Nota: la longueur mesurée en caractères peut être différente de la longueur mesurée en octets suivant le système de codage de caractère utilisé. .

Concaténation et copie de chaînes

char * strcpy (char *destination, const char *source);
char * strncpy (char *destination, const char *source, size_t n);
char * strcat (char *destination, const char *source);
char * strncat (char *destination, const char *source, size_t n);

strcpy copie le contenu de source à l'adresse mémoire pointé par destination, incluant le caractère nul final. strcat concatène la chaîne source à la fin de la chaîne destination, en y rajoutant aussi le caractère nul final. Toutes ces fonctions renvoient le pointeur sur la chaîne destination.

Pour strncpy, on notera que la copie est limité à un nombre d'octets:

• si la chaîne source a moins de n octets/caractères non nuls, strncpy complètera la chaîne destination avec des caractères nuls;
• si la chaîne source a n octets/caractères non nuls ou plus, la fonction n'insèrera pas de caractère nul à la fin de la chaine destination (i.e. destination ne sera pas une chaîne de caractères valide).

Il faut être très prudent lors des copies ou des concaténations de chaînes, car les problèmes pouvant survenir peuvent être très pénibles à diagnostiquer. L'erreur « classique » est de faire une copie dans une zone mémoire non réservée ou trop petite, comme dans l'exemple suivant, a priori anodin:

Ce code contient une erreur volontaire !

char *copie_chaine(const char *source)
{
    char *chaine = malloc(strlen(source));

    if (chaine != NULL)
    {
        strcpy(chaine, source);
    }
    return chaine;
}

Ce code a priori correct provoque pourtant l'écriture d'un caractère dans une zone non allouée. Les conséquences de ce genre d'action sont totalement imprévisibles, pouvant au mieux passer inaperçue, ou au pire écraser des structures de données critiques dans la gestion des blocs mémoires et engendrer des accès mémoire illégaux lors des prochaines tentatives d'allocation ou de libération de bloc, i.e. le cauchemar de tout programmeur. Dans cet exemple il aurait bien évidemment fallu écrire :

       char * chaine = malloc( strlen(source) + 1 );

À noter aussi, tout aussi grave, que strlen() ne doit pas être appelée avec comme argument un pointeur 'source' valant NULL ou pointant sur autre chose qu'un espace mémoire dûment occupé par une chaîne C terminée par un caractère 'NUL' .

Une autre erreur, beaucoup plus fréquente hélas, est de copier une chaîne dans un tableau de caractères local, sans se soucier de savoir si ce tableau est capable d'accueillir la nouvelle chaîne. Les conséquences peuvent ici être beaucoup plus graves qu'un simple accès illégal à une zone mémoire globale.

Un écrasement mémoire (buffer overflow) est considéré comme un défaut de sécurité relativement grave, puisque, sur un grand nombre d'architectures, un « attaquant » bien renseigné sur la structure du programme peut effectivement lui faire exécuter du code arbitraire. Ce problème vient de la manière dont les variables locales aux fonctions et certaines données internes sont stockées en mémoire. Comme le C n'interdit pas d'accéder à un tableau en dehors de ses limites, on pourrait donc, suivant la qualité de l'implémentation, accéder aux valeurs stockées au-delà des déclarations de variables locales. En fait, sur un grand nombre d'architectures, les variables locales sont placées dans un espace mémoire appelé pile, avec d'autres informations internes au système, comme l'adresse de retour de la fonction, c'est-à-dire l'adresse de la prochaine instruction à exécuter après la fin de la fonction. En s'y prenant bien, on peut donc écraser cette valeur pour la remplacer par l'adresse d'un autre bout de code, qui donnerait l'ordre d'effacer le disque dur, par exemple ! Si en plus le programme possède des privilèges, les résultats peuvent être assez catastrophiques. Ainsi décrit, le problème semble complexe : il faudrait que l'attaquant puisse insérer dans une zone mémoire de l'application un bout de code qu'il a lui-même écrit, et qu'il arrive à écrire l'adresse de ce bout de code là où le système s'attend à retrouver l'adresse de retour de la fonction. Cependant, ce genre d'attaque est aujourd'hui très courant, et les applications présentant ce genre d'erreur deviennent très rapidement la cible d'attaques.

Voici un exemple très classique, où ce genre d' exploit peut arriver :

Ce code contient une erreur volontaire !

int traite_chaine(const char *ma_chaine)
{
    char tmp[512];

    strcpy(tmp, ma_chaine);

    /* ... */
}

Ce code, hélas plus fréquent qu'on ne le pense, est à bannir. Parmi différentes méthodes, on peut éviter ce problème en ne copiant qu'un certain nombre des premiers caractères de la chaîne, avec la fonction strncpy :

char tmp[512];
strncpy(tmp, ma_chaine, sizeof(tmp));
tmp[sizeof(tmp) - 1] = '\0';

On notera l'ajout explicite du caractère nul, si ma_chaine est plus grande que la zone mémoire tmp. La fonction strncpy ne rajoutant hélas pas, dans ce cas, de caractère nul. C'est un problème tellement classique que toute application C reprogramme en général la fonction strncpy pour prendre en compte ce cas de figure (voir la fonction POSIX strdup, ou strlcopy utilisée par le système d'exploitation OpenBSD, par exemple)

La limitation d'une chaîne à un nombre d'octets pose par contre des problèmes dans le cas des caractères multi-octets qui risquent alors e ne pas être entiers.

Le langage n'offrant que très peu d'aide, la gestion correcte des chaînes de caractères est un problème à ne pas sous-estimer en C.

Recherche dans une chaîne

char * strchr(const char * chaine, int caractère);
char * strrchr(const char * chaine, int caractère);

Recherche le caractère dans la chaine et renvoie la position de la première occurrence dans le cas de strchr et la position de la dernière occurrence dans le cas de strrchr.

char * strstr(const char * meule_de_foin, const char * aiguille);

Recherche l'aiguille dans la meule de foin et renvoie la position de la première occurrence.

Nota: Dans la cas de caractères multi-octets, cette fonction ne cherche qu'un morceau de caractère .

Traitement des blocs mémoire

La bibliothèque <string.h> contient encore quelques fonctions pour la manipulation de zone brute de mémoire. Ces fonctions, préfixées par mem, sont les équivalents des fonctions str* pour des zones de mémoire qui ne sont pas des chaînes de caractères. Cela peut être des tableaux non terminés par la valeur 0, comme des tableaux pouvant contenir la valeur 0 avant la fin, par exemple. Elles permettent aussi de traiter des structures (par exemple pour copier les données d'une structure dans une autre), ou des zones de mémoires allouées dynamiquement (par exemple pour initialiser une zone mémoire allouée par malloc).

Comme, au contraire des fonctions str*, elles n'ont pas de délimiteur de fin de tableau, il faut leur donner en paramètre la taille de ces tableaux (cette taille étant en bytes au sens strict, bien que souvent en octets).

void memcpy( void * destination, const void * source, size_t longueur );

Copie 'longueur' octet(s) de la zone mémoire 'source' dans 'destination'. Vous devez bien sûr vous assurer que la chaine destination ait suffisamment de place, ce qui est en général plus simple dans la mesure où l'on connait la longueur.
Attention au recouvrement des zones : si destination + longueur < source alors source >= destination.

void memmove( void * destination, const void * source, size_t longueur )

Identique à la fonction memcpy(), mais permet de s'affranchir totalement de la limitation de recouvrement.

void memset( void * memoire, int caractere, size_t longueur );

Initialise les 'longueur' premiers octets du bloc 'memoire', par la valeur convertie en type char de 'caractere'. Cette fonction est souvent employée pour mettre à zéro tous les champs d'une structure ou d'un tableau :

struct MonType_t mem;

memset( &mem, 0, sizeof mem );

int memcmp( const void * mem1, const void * mem2, size_t longueur );

Compare les 'longueur' premiers octets des blocs 'mem1' et 'mem2'. Renvoie les codes suivants :

• < 0 : mem1 < mem2
• = 0 : mem1 == mem2
• > 0 : mem1 > mem2

void * memchr( const void * memoire, int caractere, size_t longueur );

Recherche dans les 'longueur' premiers octets du bloc 'memoire', la valeur convertie en type char de 'caractere'. Renvoie un pointeur sur l'emplacement où le caractère a été trouvé, ou NULL si rien n'a été trouvé.

void * memrchr( const void * memoire, int caractere, size_t longueur );

Pareil que memchr(), mais commence par la fin du bloc 'memoire'.