MISRA C:2012 Rule 18.1

A pointer resulting from arithmetic on a pointer operand shall address an element of the same array as that pointer operand

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描述

规则定义

A pointer resulting from arithmetic on a pointer operand shall address an element of the same array as that pointer operand ¹ .

理由

使用无效的数组下标可能会导致程序出现错误行为。运行时派生的数组下标特别麻烦，因为它们无法通过人工审查或静态分析轻松检查。

根据 C 标准，对数组末尾之后的指针进行解引用会导致未定义的行为，不合规。

如果将一个 T* 指针转换为 char* 或 unsigned char* 指针，则转换后指针的边界被视为 sizeof(T)。例如，在此代码中，array 可容纳类型为 unsigned char 的 4 对象。

unsigned int obj = 42;
unsigned char *array = (unsigned char*) &obj;
unsigned char small_obj = array[3];

Polyspace 实现

Polyspace^® 在以下情况下报告违反此规则：

在数组访问期间，数组索引超出范围 [0...array_size-1]。
指针在超出其作用域范围外被解引用。

在检查是否违反本规则时，Polyspace 会考虑以下因素：

不属于数组的单个对象被视为一个元素的数组。例如，在此代码示例中，arr_one 等同于一个元素的数组。Polyspace 不会标记指针 ptr_to_one 的递增，因为它指向 arr_one 的最后一个元素之后的位置。
```
void f_incr(int* x){
	int* ptr_to_one = x;
    ++ptr_to_one;  // Compliant
}

void func(){
	int arr_one=1; // Equivalent to array of one element
	f_incr(&arr_one);
}
```
Polyspace 在指针指向数组时，不会标记指针运算中指针参数的使用。例如，在此代码片段中，当将数组传递给 f1 时，在 f1 中使用 &a1[2] 是合规的。
```
void f1( int* const a1){
       int* b= &a1[2]; // Compliant
}
void f2(){
	int arr[3] {};
	f1(arr);	
}
```
在具有多个元素的结构中，如果指针指向结构的已分配内存或结构的最后一个元素之后，则 Polyspace 不对指向不同元素的指针算术运算的结果进行标记。
例如，在此代码片段中，对 ptr_to_struct 的赋值是合规的，因为它仍然位于 myStruct 内，即使它指向 myStruct.elem1 之外。使用大于元素维度的索引来访问该元素的内容是不合规的，即使结果地址在结构的分配内存范围内也是如此。
```
void func(){
	struct {
		char elem1[10];
		char elem2[10];
	} myStruct;
	
	char* ptr_to_struct = &myStruct.elem1[11]; //Compliant
      // Address of myStruct.elem1[11] is inside myStruct
      char val_to_struct = myStruct.elem1[11]; // Non-compliant
}
```
在多维数组中，Polyspace 标记任何使用大于子数组维度的索引来访问该子数组元素的情况。如果地址位于顶级数组的分配内存中，则 Polyspace 不标记对同一子数组元素的地址的赋值。
例如，在此代码片段中，对指针 ptr_to_arr 的赋值是合规的，因为该指针指向的是 multi_arr 分配的内存范围内的地址。为变量 arr_val 的赋值不合规，因为用于访问子数组元素 (3) 的索引大于子数组的维度 (2)。
```
void func(){
	int multi_arr[5][2];

      // Assigned memory is inside top level array
	int* ptr_to_arr = &multi_arr[2][3]; //Compliant

	// Use of index 3 with subarray of size 2
	int arr_val = multi_arr[2][3]; // Non-compliant
}
```
Polyspace 在指针指向数组最后一个元素之后，对该指针的解引用进行标记。例如，在此代码片段中，ptr 的赋值是合规的，但 ptr 的解引用则不合规。tab+3 超过选项卡中的最后一个元素。
```
void derefPtr(){
	int tab[3] {};
	int* ptr = tab+3; //Compliant
	int res = *(tab+3); // Non-compliant
}
```
当指针运算的结果为 nullptr 时，Polyspace 不触发此检查项。以下列代码为例：
```
void g(int *p);

void add(int* p, int n) {
    g(p + n);   //Compliant}

void foo() {
    add(nullptr, 0);
    
}
```
add() 中的指针运算结果为 nullptr。Polyspace 不会标记此运算。

如果 Polyspace 报告指针或数组访问违反了此规则，则不再报告对指针或数组的后续访问。例如，Polyspace 在第一次递增到 pointer2array 时报告违反了此规则。修复此违规行为也可一并解决后续的越界访问问题。如果您修复了报告的问题后，仍然存在越界访问，Polyspace 会将这些访问报告为违规。

#include <stdint.h>
int32_t data = 0;

int32_t simple_array[ 10 ] = { 0 };

void Func(void) {
	int32_t *pointer2array = &simple_array[ 10 ];
	pointer2array++;         /* Noncompliant - accessing array out of bound */
	data = *pointer2array;   /* Noncompliant - pointer out of bounds after increment*/
	pointer2array++;         /* Violation no longer reported for out of bound access*/
}

扩展检查项

当输入值未知且只有部分输入会导致问题时，默认的 Bug Finder 分析可能不会触发此规则的违规。要检查由特定系统输入值引起的违规，请运行更严格的 Bug Finder 分析。请参阅Extend Bug Finder Checkers to Find Defects from Specific System Input Values。

故障排除

如果您预期会出现违规，但未看到该违规，请参阅诊断为何编码规范违规未按预期显示。

示例

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指针越界

在此示例中，指针 pointer 最初指向缓冲区 array 末尾之后的一个元素。在 C 标准中，指向末尾之外的位置是允许的，但解引用该位置会导致未定义的行为，不合规。当代码解引用 *pointer 和 *(pointer++) 时，Polyspace 会报告违规。

void foo ( void )
{
  int array[10] = {0};
  int* pointer = &array[10];
  int data1 = *(pointer++); /* Noncompliant*/
  int data2 = *(pointer); /* Noncompliant*/
  int data3 = *(pointer--); /* Compliant*/

}

检查信息

组：指针和数组

类别：必需

AGC 类别：必需

版本历史记录

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R2024a: 报告的违规类型更多

除了数组访问越界和指针访问越界之外，规则检查项现在还可以检测更多可能导致指针指向数组范围之外的算术运算。

另请参阅

MISRA C:2012 Dir 4.1 | MISRA C:2012 Rule 18.4 | 检查 MISRA C:2012 (-misra3)

主题

检查并审查编码标准违规

The MISRA coding standards referenced in the Polyspace Bug Finder™ documentation are from the following MISRA standards:

MISRA C:2004
MISRA C:2012
MISRA C:2023
MISRA C++:2008
MISRA C++:2023

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