《Windows内核编程》---内核模式下字符串的基本操作

驱动程序中字符串操作涉及到ASCII字符串、宽字符串，还有DDK定义的ANSI_STRING数据结构和UNICODE_STRING数据结构。
 
1）ASCII字符串和宽字符串
在应用程序中使用两种字符：一是char型字符串，负责记录ANSI字符集，它是指向一个char数组的指针，每个char型变量大小是一个字节，字符串是以0标志字符串结束的；一是wchar_t型的宽字符串，负责描述unicode字符集，它是指向一个wchar_t数组的指针，wchar_t字符大小为两个字节，字符串以0标志字符串结束。
ANSI字符构造如下：
char *str1 = "ASCE";
UNICODE字符构造如下：
wchar_t *str2 = L"ASCE";
（注：在构造字符串时使用关键字“L”，编译器会自动生成所需要的宽字符）
 
在驱动开发中，DDK将char和wchar_t替换成CHAR和WCHAR。驱动程序中使用KdPrint宏打印ASCII字符串和宽字符串：
CHAR *string1 = "ASCE";
KdPrint(("%s/n", string1));   //注意是小写%s
 
WCHAR *string2 = L"ASCE";
KdPrint(("%S/n", string2));  //注意是大写%S
 
2）ANSI_STRING字符串与UNICODE_STRING字符串
DDK不鼓励程序员使用C语言的字符串，主要是因为标准C字符串处理函数容易导致缓冲区溢出等错误。应该使用DDK自定义的字符串：
typedef struct _STRING {
  USHORT Length; //字符的长度，单位是字节
  USHORT MaximumLength; //整个字符串缓冲区的最大长度
  PCHAR  Buffer; //缓冲区的指针
} ANSI_STRING, *PANSI_STRING;
这个结构对ASCII字符串进行封装。
和标准C字符串不同，STRING字符串不是以0标志字符结束的。标准C字符串中，如果缓冲区长度是N，则只能容纳N-1个字符的字符串，最后一个字节存储NULL；而在STRING字符串中，缓冲区大小是MaximumLength，最大字符串长度可以是MaximumLength，而不是MaximumLength-1。
 
与ANSI_STRING相对应，DDK将宽字符串封装成UNICODE_STRING数据结构：
typedef struct _UNICODE_STRING {
  USHORT Length; //字符的长度，单位是字节。如果是N个字符，那么Length等于N的2倍
  USHORT MaximumLength; //整个字符串缓冲区的最大长度，单位是字节
  PWSTR  Buffer; //缓冲区的指针
} UNICODE_STRING, *PUNICODE_STRING;
与ANSI_STRING一样，UNICODE_STRING字符串不是以NULL为结束标志的。
 
打印这两种字符串方法如下：
ANSI_STRING ansiString;
//此处略去对ansiString的初始化
KdPrint(("%Z/n", &ansiString)); //注意是%Z
 
UNICODE_STRING uniString;
//此处略去对uniString的初始化
KdPrint(("%wZ/n", &uniString));//注意是%wZ
 
3）字符的初始化和销毁
ANSI_STRING字符串和UNICODE_STRING字符串使用前需要进行初始化，有两种方法构造这个数据结构：
(1)使用DDK提供的函数：
初始化ANSI_STRING字符串：
VOID RtlInitAnsiString(
  __out     PANSI_STRING DestinationString, //要初始化的ANSI_STRING字符串
  __in_opt  PCSZ SourceString //字符串的内容
);
初始化UNICODE_STRING字符串：
VOID RtlInitUnicodeString(
  __out     PUNICODE_STRING DestinationString, //要初始化的UNICODE_STRING字符串
  __in_opt  PCWSTR SourceString //字符串的内容
);
这种初始化的优点是操作简单，用完后不用清理内存。但有一个问题，就是如果修改SourceString，同时会导致DestinationString字符发生变化：
ANSI_STRING ansiString;
CHAR *string = "asce";
//初始化ANSI_STRING字符串
RtlInitAnsiString(&ansiString, string);
KdPrint(("ansiString: %Z/n", &ansiString));
//改变string
string[0] = 'a';
string[1] = 's';
string[2] = 'c';
string[3] = 'e';
//改变string的同时ansiString也改变了
KdPrint(("ansiString: %Z/n", &ansiString));
 
(2)程序员自己申请内存，并初始化内存，当不用字符串时，需要回收字符串占用的内存：
#define BUFFER_SIZE 1024
UNICODE_STRING UnicodeString = {0};
//设置缓冲区大小
UnicodeString.MaximumLength = BUFFER_SIZE;
//分配内存
UnicodeString.Buffer = (PWSTR)ExAllocatePool(PagedPool, BUFFER_SIZE);
WCHAR *wideString = L"ASCE";
 
//设置字符串长度，因为是宽字符，所以是字符长度的倍
UnicodeString.Length = 2*wcslen(wideString);
//保证缓冲区足够大，否则程序终止
ASSERT(UnicodeString.MaximumLength >= UnicodeString.Length);
//内存复制
RtlCopyString(UnicodeString.Buffer, wideString, UnicodeString.Length);
 
KdPrint(("UnicodeString: %wZ/n", &UnicodeString));
 
//清理内存
ExFreePool(UnicodeString.Buffer);
UnicodeString.Buffer = NULL;
UnicodeString.Length = UnicodeString.MaximumLength = 0;
对于最后一步清理内存，DDK给出了简化函数，分别是RtlFreeAnsiString和RtlFreeUnicodeString，这两个函数内部调用了ExFreePool去回收内存的。
 
4）字符串复制
DDK提供针对ANSI_STRING字符串和UNICODE_STRING字符串的复制字符串函数：
VOID RtlCopyString(
  __out     PSTRING DestinationString, //目的字符串
  __in_opt  const STRING *SourceString //源字符串
);
VOID RtlCopyUnicodeString(
  __inout   PUNICODE_STRING DestinationString, //目的字符串
  __in_opt  PCUNICODE_STRING SourceString //源字符串
);
下面代码说明了RtlCopyUnicodeString函数的使用：
#define BUFFER_SIZE 1024
//初始化UnicodeString1
UNICODE_STRING UnicodeString1;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString1, L"ASCE");
 
//初始化UnicodeString2
UNICODE_STRING UnicodeString2 = {0};
UnicodeString2.Buffer = (PWSTR)ExAllocatePool(PagedPool, BUFFER_SIZE);
UnicodeString2.MaximumLength = BUFFER_SIZE;
 
//将初始化UnicodeString1复制到UnicodeString2
RtlCopyUnicodeString(&UnicodeString2, &UnicodeString1);
 
//分别显示UnicodeString1和UnicodeString2
KdPrint(("UnicodeString1: %wZ/n", &UnicodeString1));
KdPrint(("UnicodeString2: %wZ/n", &UnicodeString2));
 
//销毁UnicodeString2，注意：UnicodeString1不用销毁
RtlFreeUnicodeString(&UnicodeString2);
 
5）字符串比较
DDK提供了对ANSI_STRING字符串和UNICODE_STRING字符串的相关比较函数：
LONG RtlCompareString(
  __in  const STRING *String1, //要比较的第一个字符串
  __in  const STRING *String2, //要比较的第二个字符串
  __in  BOOLEAN CaseInSensitive //是否对大小写敏感
);
LONG RtlCompareUnicodeString(
  __in  PCUNICODE_STRING String1, //要比较的第一个字符串
  __in  PCUNICODE_STRING String2, //要比较的第二个字符串
  __in  BOOLEAN CaseInSensitive //是否对大小写敏感
);
 
DDK同时提供了RtlEqualString和RtlEqualUnicodeString函数，返回为非零代表相等，零代表不相等：
BOOLEAN RtlEqualString(
  __in  const STRING *String1,
  __in  const STRING *String2,
  __in  BOOLEAN CaseInSensitive
);
BOOLEAN RtlEqualUnicodeString(
  __in  PCUNICODE_STRING String1,
  __in  PCUNICODE_STRING String2,
  __in  BOOLEAN CaseInSensitive
);
 
函数实例：
//初始化UnicodeString1
UNICODE_STRING UnicodeString1;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString1, L"ASCE");
 
//初始化UnicodeString2
UNICODE_STRING UnicodeString2;
RtlnitUnicodeString(&UnicodeString2, L"ASCE BOY");
 
//判断字符串是否相等
if(RtlEqualUnicodeString(&UnicodeString1, &UnicodeString2, TRUE))
{
         KdPrint(("UnicodeString1 and UnicodeString2 are equal/n"));
}
else
{
         KdPrint(("UnicodeString1 and UnicodeString2 are not euqal/n"));
}
 
6）字符串转化成大写
DDK提供的将ANSI_STRING字符串和UNICODE_STRING字符串转换成大写的函数如下：
VOID RtlUpperString(
  __inout  PSTRING DestinationString, //目的字符串
  __in     const STRING *SourceString //源字符串
);
NTSTATUS RtlUpcaseUnicodeString(
  __inout  PUNICODE_STRING DestinationString, //目的字符串
  __in     PCUNICODE_STRING SourceString, //源字符串
  __in     BOOLEAN AllocateDestinationString //是否为目的字符串分配内存，
//目的字符串和源字符串可以是同一个字符串
);
实例代码：
//初始化UnicodeString1
UNICODE_STRING UnicodeString;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString, L"ASCE BOY");
//变化前
KdPrint(("UnicodeString: %wZ/n", &UnicodeString));
//转化成大写
RtlUpcaseUnicodeString(&UnicodeString, &UnicodeString, FALSE);
//变化后
KdPrint(("UnicodeString: %wZ/n", &UnicodeString));
 
7）字符串与整型数字相互转换
将UNICODE_STRING字符串转换成整数：
NTSTATUS RtlUnicodeStringToInteger(
  __in      PCUNICODE_STRING String, //需要转换的字符串
  __in_opt  ULONG Base, //转换的数的进制(如2、8、10、16)
  __out     PULONG Value //需要转换的数字
);
 
将整数转换成UNICODE_STRING字符串：
NTSTATUS RtlIntegerToUnicodeString(
  __in      ULONG Value, //需要转换的数字
  __in_opt  ULONG Base, //转换的数的进制(2、8、10、16)
  __inout   PUNICODE_STRING String //需要转换的字符串
); 
实例代码如下：
#define BUFFER_SIZE 1024
//字符串转换成数字
UNICODE_STRING UnicodeString;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString, L"-100");
ULONG lNumber;
 
NTSTATUS nStatus = RtlUnicodeStringToInteger(&UnicodeString, 10, &lNumber);
if(NT_SUCCESS(nStatus))
{
         KdPrint(("Conver to integer successfully/n"));
         KdPrint(("Result : %d/n", lNumber));
}
else
{
         KdPrint(("Conver to integer failed/n"));
}
 
//将数字转换成字符串
UNICODE_STRING UnicodeStringSec = {0};
UnicodeStringSec.Buffer = (PWSTR)ExAllocatePool(PagedPool, BUFFER_SIZE);
UnicodeStringSec.MaximumLength = BUFFER_SIZE;
nStatus = RtlIntegerToUnicodeString(200, 10, &UnicodeStringSec);
 
if(NT_SUCCESS(nStatus))
{
         KdPrint(("Cover to string successfully/n"));
         KdPrint(("Result : %wZ/n", &UnicodeStringSec));
}
else
{
         KdPrint(("Conver to string failed/n"));
}
 
//销毁UnicodeStringSec，注意：UnicodeString不用销毁
RtlFreeUnicodeString(&UnicodeStringSec);
 
8）ANSI_STRING字符串与UNICODE_STRING字符串的转换
将UNICODE_STRING字符串转换成ANSI_STRING字符串：
NTSTATUS RtlUnicodeStringToAnsiString(
  __inout  PANSI_STRING DestinationString, //需要被转换的字符串
  __in     PCUNICODE_STRING SourceString, //需要转换的源字符串
  __in     BOOLEAN AllocateDestinationString //是否需要对被转换字符串分配内存
);
将ANSI_STRING字符串转换成UNICODE_STRING字符串：
NTSTATUS RtlAnsiStringToUnicodeString(
  __inout  PUNICODE_STRING DestinationString, //需要被转换的字符串
  __in     PCANSI_STRING SourceString, //需要转换的源字符串
  __in     BOOLEAN AllocateDestinationString //是否需要对被转换字符串分配内存
);
实例代码如下：
//将UNICODE_STRING字符串转换成ANSI_STRING字符串
UNICODE_STRING UnicodeString;
RtlInitUnicodeString(&UnicodeString, L"ASCE BOY");
 
ANSI_STRING AnsiString;
NTSTATUS nStatus = RtlUnicodeStringToAnsiString(&AnsiString, 
                                                                                                                         &UnicodeString, TRUE);
if(NT_SUCCESS(nStatus))
{
         KdPrint(("Conver successfully/n"));
         KdPrint(("Result:%Z/n", &AnsiString));
}
else
{
         KdPrint(("Conver failed/n"));
}
//销毁AnsiString
RtlFreeAnsiString(&AnsiString);
 
//将ANSI_STRING字符串转换成UNICODE_STRING字符串
ANSI_STRING AnsiStringSec;
RtlInitString(&AnsiStringSec, "ASCE BOY");
 
UNICODE_STRING UnicodeStringSec;
nStatus = RtlAnsiStringToUnicodeString(&UnicodeStringSec,
                                     &AnsiStringSec, TRUE);
if(NT_SUCCESS(nStatus))
{
         KdPrint(("Conver successfully/n"));
         KdPrint(("Result: %wZ/n", &UnicodeStringSec));
}
else
{
         KdPrint(("Conver failed/n"));
}
 
//销毁UnicodeStringSec
RtlFreeUnicodeString(&UnicodeStringSec);
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