C语言写入十六进制字符串到文件出现乱码问题排查

问题 #

我希望创建一个每行包含一个新字符串密钥的文本文件program.txt，但运行以下C语言代码后，生成的文件出现乱码。请问代码哪里出错了？

原代码 #

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

#define KEYSIZE 16

int main(){
  FILE *fptr;

  fptr = fopen("program.txt", "w");

  if (fptr == NULL) {
      printf("Error!");
      exit(1);
  }

  int num_keys = 1524006529 - 1523999329;
  const char *keys[num_keys];
  int idx = 0;
  int j;

  for (j = 1523999329; j<= 1524006529; j++){
    int i;
    char key[KEYSIZE];
    srand (j); 
    for (i = 0; i< KEYSIZE; i++){
      key[i] = rand()%256;
      printf("%.2x", (unsigned char)key[i]);
      fprintf(fptr, "%.2x", (unsigned char)key[i]);
    }
    fprintf(fptr, "%s", "
");
    printf("
");
    keys[idx] = key;
    idx ++;
  }
  fclose(fptr);
  return 0;
}

生成的乱码内容 #

h?G??+?
Mp???+??
        a?G????#*Jb`e0?H?????G??????
S6&}?Μ??G??OFf??|???s8f?G????ɼ???5q??(???K?G??  ??J????9?+???G?????cZ?n0?Jr?G?????#O9]??????jH??G???krT?̇)?A
                             ?g?v?G??????h^(?^?
                                               û/?G???^vB?~W?39???G??\????"?iJ_????G??p??>??????I???U?G????????:??o?RV???G??/?C?^?????|?۬?G??q@0.L$+??Nv?????G????u?    L?Ϩ????dv?G??[??C｢<?i???G??UyM??Ƭ/??CxXUě?G?????φ
                                                          ׏:W&?G????=J???o???I??G???G%DA+"?~5?Z¡?G??øL#??O=e?b?u.O?G????*jjɥ+T?)?օ?G??2w  }a,ȃ??tC?s?G??J"/c??Mn???f?y??G????p?Ay?c????~"<??G?????Ӆ?=%??@???G??o?\??<w???4WϚBE?G??}oh??(??#HK???&?G????Vfz
???e?s?G??/?Ye??iV?؛?,-te?G??I?Ҁx??5?B!b?4?G??6Z??9?P?GcB?}???Y?~|"??dd??G??????=?ms?
    ??G?????^??[H??\:???G??2(J??A??????G???????o#?i?/???G??P?5?5?5X??

错误分析及修正 #

1. 换行符写入错误（直接导致乱码） #

原代码中fprintf(fptr, "%s", " ");和printf(" ");的写法完全错误。C语言里字符串常量不能直接换行，这种写法会被编译器解析为无效字符串，实际写入文件的不是换行符\n，而是乱码字符。

修正方式：将换行写法改为标准的"\n"：

fprintf(fptr, "\n");
printf("\n");

2. 局部变量指针悬空（严重未定义行为） #

keys[idx] = key;把循环内的局部数组key的地址存入keys数组，但key是栈上的局部变量，每次循环结束后内存会被释放，keys里的指针都会变成无效的悬空指针，后续使用会触发未定义行为（虽不直接导致乱码，但必须修复）。

修正方式：若要保存密钥，需为每个密钥动态分配内存并复制内容：

// 先动态分配存储指针的数组
char** keys = malloc(num_keys * sizeof(char*));
// 循环内复制key内容
keys[idx] = malloc(KEYSIZE);
memcpy(keys[idx], key, KEYSIZE);
// 程序结束前释放内存
for(int i=0; i<num_keys; i++) free(keys[i]);
free(keys);

3. 字符类型符号问题 #

char key[KEYSIZE];中的char在多数系统是有符号类型（范围-128_{127），但`rand()%256`生成0}255的数值，超过127的数值会被当作负数存储，后续操作可能出问题。

修正方式：改用unsigned char定义key：

unsigned char key[KEYSIZE];

修正后的完整代码 #

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

#define KEYSIZE 16

int main(){
  FILE *fptr;

  fptr = fopen("program.txt", "w");

  if (fptr == NULL) {
      printf("Error!");
      exit(1);
  }

  int num_keys = 1524006529 - 1523999329;
  // 动态分配存储密钥指针的数组（不需要保存密钥可删除此行）
  char** keys = malloc(num_keys * sizeof(char*));
  int idx = 0;
  int j;

  for (j = 1523999329; j<= 1524006529; j++){
    int i;
    unsigned char key[KEYSIZE];
    srand(j); 
    for (i = 0; i< KEYSIZE; i++){
      key[i] = rand()%256;
      printf("%.2x", key[i]);
      fprintf(fptr, "%.2x", key[i]);
    }
    // 写入正确的换行符
    fprintf(fptr, "\n");
    printf("\n");
    // 复制密钥到动态内存（不需要保存密钥可删除下面两行）
    keys[idx] = malloc(KEYSIZE);
    memcpy(keys[idx], key, KEYSIZE);
    idx ++;
  }
  fclose(fptr);
  // 释放动态分配的内存（不需要保存密钥可删除下面三行）
  for(int i=0; i<num_keys; i++){
    free(keys[i]);
  }
  free(keys);
  return 0;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者James