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Win64 驱动内核编程-4.内核里操作字符串

IP云
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08/17
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内核里操作字符串

字符串本质上就是一段内存，之所以和内存使用分开讲，是因为内核里的字符串太有花

样了，细数下来竟然有 4 种字符串！这四种字符串，分别是：CHAR*、WCHAR*、ANSI_STRING、UNICODE_STRING。当然，内核里使用频率最多的是 UNICODE_STRING，其次是 WCHAR*，再次是 CHAR*，而 ANSI_STRING，则几乎没见过有什么内核函数使用。

但其实这四种字符串也不是完全独立的，ANSI_STRING可以看成是CHAR*的安全性扩展，UNICODE_STRING 可以看成是 WCHAR*的安全性扩展。CHAR* ， 可以 理解成 成 CHAR  数组， 本质上来说 是一个地址， 它 的有效长度是多少？不知道 。 字符串 有多长？不清楚 ， 遇到\0  就当成是 字符串 的 结尾。综上所述，CHAR*的安全性是非常糟糕的，如果内核使用 CHAR*作为主要字符串，那么会非常不稳定。WCHAR*和 和 CHAR* 类似 ，和 和 CHAR* 的唯一不同在于 一个WCHAR 占 占 2  个字节，而一个 CHAR 只占 1 个字节。所以，WCHAR* 的安全性也是非常糟糕的。微软为了安全性着想，推出了这两种字符串的扩展集，ANSI_STRING和UNICODE_STRING。ANSI_STRING 和 UNICODE_STRING 都是结构体，定义如下：

可以看到，ANSI_STRING 和 UNICODE_STRING 的结构体大小是一样的，唯一不同在于第三个成员，他们分别对应 CHAR*和 WCHAR*。它们的第一和第二个成员分别代表字符串的长度和内存的有效长度。比如 BUFFER 的长度是 260 字节，而 BUFFER 只是一个单词”WERT”，则 ANSI_STRING 的 Length=4、MaximumLength=260；UNICODE_STRING 的 Length=8、MaximumLength=260。另外需要注意的是，CHAR*和 和 WCHAR* 都是以 0  结尾的 （CHAR*以 以 1个\0  结尾 ，WCHAR*以 以 2  个\0  结尾 ），但 但 ANSI_STRING 和 和 UNICODE_STRING  不一定以 以 0  结尾。 因为 有了长度的说明，就不需要用特殊标识符来表示结尾了 . 有些自以为是 的人直接把ANSI_STRING 或 或 UNICODE_STRING 的 的 BUFFER  当作字符串用，是极端错误的。

在内核里，大部分的 C 语言字符串函数都是可以用的，无论是宽版的还是窄版的。比如内核里可以照样使用 strcpy 和 wcscpy，但某些字符串函数签名可能要加上一个下划线。比如 strlwr 要写成_strlwr。ANSI_STRING 和 UNICODE_STRING 有一套专门的字符串函数（http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/hardware/ff563638(v=vs.85).aspx），如果需要查询怎么使用，就用浏览器打开，搜索 AnsiString 或者 UnicodeString，并点击进去查看说明即可。关于 CHAR*和 WCHAR*的字符串操作就不讲了，不懂的请看任意的 C 语言教程。下面举几个关于 UNICODE_STRING 的例子（以下代码借用了张帆写的示例，特此声明感谢）。1. 字符串初始化、2. 字符串拷贝 、3. 字符串比较 、4. 字符串变大写 、5. 字符串与整型相互转化 、6. ANSI_STRING  字符串与 UNICODE_STRING  字符串相互转换。

//1.字符串初始化
VOID StringInitTest()
{
//(1)用 RtlInitAnsiString 初始化字符串
ANSI_STRING AnsiString1;
CHAR string1[] = "hello";//此处注意,原版的这里面写的是CHAR *,这样的话会导致改值失败。
//初始化 ANSI_STRING 字符串
RtlInitAnsiString(&AnsiString1, string1);
DbgPrint("AnsiString1:%Z\n", &AnsiString1);//打印 hello
string1[0] = 'H';
string1[1] = 'E';
string1[2] = 'L';
string1[3] = 'L';
string1[4] = 'O';
//改变 string1，AnsiString1 同样会导致变化
DbgPrint("AnsiString1:%Z\n", &AnsiString1);//打印 HELLO
//(2)程序员自己初始化字符串
#define BUFFER_SIZE 1024
UNICODE_STRING UnicodeString1 = { 0 };
//设置缓冲区大小
UnicodeString1.MaximumLength = BUFFER_SIZE;
//分配内存
UnicodeString1.Buffer = (PWSTR)ExAllocatePool(PagedPool, BUFFER_SIZE);
WCHAR wideString[] = L"hello";
//设置字符长度,因为是宽字符，所以是字符长度的 2 倍
UnicodeString1.Length = 2 * wcslen(wideString);
//保证缓冲区足够大，否则程序终止
ASSERT(UnicodeString1.MaximumLength >= UnicodeString1.Length);
//内存拷贝，
RtlCopyMemory(UnicodeString1.Buffer, wideString, UnicodeString1.Length);
//设置字符长度
UnicodeString1.Length = 2 * wcslen(wideString);
DbgPrint("UnicodeString:%wZ\n", &UnicodeString1);
//清理内存
ExFreePool(UnicodeString1.Buffer);
UnicodeString1.Buffer = NULL;
UnicodeString1.Length = UnicodeString1.MaximumLength = 0;
}
//2.字符串拷贝
VOID StringCopyTest()
{
//初始化 UnicodeString1
UNICODE_STRING UnicodeString1;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString1, L"Hello World");
//初始化 UnicodeString2
UNICODE_STRING UnicodeString2 = { 0 };
UnicodeString2.Buffer = (PWSTR)ExAllocatePool(PagedPool, BUFFER_SIZE);
UnicodeString2.MaximumLength = BUFFER_SIZE;
//将初始化 UnicodeString2 拷贝到 UnicodeString1
RtlCopyUnicodeString(&UnicodeString2, &UnicodeString1);
//分别显示 UnicodeString1 和 UnicodeString2
DbgPrint("UnicodeString1:%wZ\n", &UnicodeString1);
DbgPrint("UnicodeString2:%wZ\n", &UnicodeString2);
//销毁 UnicodeString2
//注意!!UnicodeString1 不用销毁
RtlFreeUnicodeString(&UnicodeString2);
}//3.字符串比较
VOID StringCompareTest()
{
//初始化 UnicodeString1
UNICODE_STRING UnicodeString1;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString1, L"Hello World");
//初始化 UnicodeString2
UNICODE_STRING UnicodeString2;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString1, L"Hello");
if (RtlEqualUnicodeString(&UnicodeString1, &UnicodeString2, TRUE))
DbgPrint("UnicodeString1 and UnicodeString2 are equal\n");
else
DbgPrint("UnicodeString1 and UnicodeString2 are NOT equal\n");
}//4.字符串变大写
VOID StringToUpperTest()
{
//初始化 UnicodeString1
UNICODE_STRING UnicodeString1;
UNICODE_STRING UnicodeString2;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString1, L"Hello World");
//变化前
DbgPrint("UnicodeString1:%wZ\n", &UnicodeString1);
//变大写
RtlUpcaseUnicodeString(&UnicodeString2, &UnicodeString1, TRUE);
//变化后
DbgPrint("UnicodeString2:%wZ\n", &UnicodeString2);
//销毁 UnicodeString2（UnicodeString1 不用销毁）
RtlFreeUnicodeString(&UnicodeString2);
}
//5.字符串与整型相互转化
VOID StringToIntegerTest()
{
//(1)字符串转换成数字
//初始化 UnicodeString1
UNICODE_STRING UnicodeString1;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString1, L"-100");
ULONG lNumber;
NTSTATUS nStatus = RtlUnicodeStringToInteger(&UnicodeString1, 10, &lNumber);
if (NT_SUCCESS(nStatus))
{
DbgPrint("Conver to integer succussfully!\n");
DbgPrint("Result:%d\n", lNumber);
}
else
{
DbgPrint("Conver to integer unsuccessfully!\n");
}
//(2)数字转换成字符串
//初始化 UnicodeString2
UNICODE_STRING UnicodeString2 = { 0 };
UnicodeString2.Buffer = (PWSTR)ExAllocatePool(PagedPool, BUFFER_SIZE);
UnicodeString2.MaximumLength = BUFFER_SIZE;
nStatus = RtlIntegerToUnicodeString(200, 10, &UnicodeString2);
if (NT_SUCCESS(nStatus))
{
DbgPrint("Conver to string succussfully!\n");
DbgPrint("Result:%wZ\n", &UnicodeString2);
}
else
{
DbgPrint("Conver to string unsuccessfully!\n");
}
//销毁 UnicodeString2
//注意!!UnicodeString1 不用销毁
RtlFreeUnicodeString(&UnicodeString2);
}
//6. ANSI_STRING 字符串与 UNICODE_STRING 字符串相互转换
VOID StringConverTest()
{
//(1)将 UNICODE_STRING 字符串转换成 ANSI_STRING 字符串
//初始化 UnicodeString1
UNICODE_STRING UnicodeString1;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString1, L"Hello World");
ANSI_STRING AnsiString1;
NTSTATUS nStatus = RtlUnicodeStringToAnsiString(&AnsiString1, &UnicodeString1, TRUE);
if (NT_SUCCESS(nStatus))
{
DbgPrint("Conver succussfully!\n");
DbgPrint("Result:%Z\n", &AnsiString1);
}
else
{
DbgPrint("Conver unsuccessfully!\n");
}
//销毁 AnsiString1
RtlFreeAnsiString(&AnsiString1);
//(2)将 ANSI_STRING 字符串转换成 UNICODE_STRING 字符串
//初始化 AnsiString2
ANSI_STRING AnsiString2;
RtlInitString(&AnsiString2, "Hello World");
UNICODE_STRING UnicodeString2;
nStatus = RtlAnsiStringToUnicodeString(&UnicodeString2, &AnsiString2, TRUE);
if (NT_SUCCESS(nStatus))
{
KdPrint("Conver succussfully!\n");
KdPrint("Result:%wZ\n", &UnicodeString2);
}
else
{
KdPrint("Conver unsuccessfully!\n");
}
//销毁 UnicodeString2
RtlFreeUnicodeString(&UnicodeString2);
}

测试结果：

以上示例是我在很多书本的示例中精心挑选出来的，简单明了，当然能保证能测试成功。不过如果在实战环境下，因为操作字符串而导致蓝屏的还是非常多见的。根本原因只有两个：1.缓冲区长度溢出；2.操作的指针无效。所以大家以后在做项目时，遇到需要操作字符串的场景还是要格外当心。

最后再加上看的资料的那个作者自己写的三个函数，留着笔记：

//UNICODE_STRINGz 转换为 CHAR*

//输入 UNICODE_STRING 的指针，输出窄字符串，BUFFER 需要已经分配好空间

VOID UnicodeToChar(PUNICODE_STRING dst, char *src)
{
ANSI_STRING string;
RtlUnicodeStringToAnsiString(&string,dst, TRUE);
strcpy(src,string.Buffer);
RtlFreeAnsiString(&string);
}//WCHAR*转换为 CHAR*
//输入宽字符串首地址，输出窄字符串，BUFFER 需要已经分配好空间
VOID WcharToChar(PWCHAR src, PCHAR dst)
{
UNICODE_STRING uString;
ANSI_STRING aString;
RtlInitUnicodeString(&uString,src);
RtlUnicodeStringToAnsiString(&aString,&uString,TRUE);
strcpy(dst,aString.Buffer);
RtlFreeAnsiString(&aString);
}
//CHAR*转 WCHAR*
//输入窄字符串首地址，输出宽字符串，BUFFER 需要已经分配好空间
VOID CharToWchar(PCHAR src, PWCHAR dst)
{
UNICODE_STRING uString;
ANSI_STRING aString;
RtlInitAnsiString(&aString,src);
RtlAnsiStringToUnicodeString(&uString,&aString,TRUE);
wcscpy(dst,uString.Buffer);
RtlFreeUnicodeString(&uString);
}