为什么这段代码没有导致段错误？

Question

为什么这段代码没有造成段错误？

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i;
    int arr[] = {1, 2, 3, 4};

    for(i=0;i<8;i++)
    {
        arr[i] = i;
        printf(" %d", arr[i]);
    }

    printf("\n");

    return 0;
}

当我在for循环中用9代替8时，就会出现问题。

注意：我在32位的CrunchBang Linux上尝试这个。

- Siddique

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读取超出数组末尾的内容属于未定义行为。未定义行为可以是任何结果，不一定会导致段错误。 - Cairnarvon

纯属运气。它打印了一些垃圾数字，不是吗？ - Humungus

又一个过于本地化的骑手... :'( - user529758

Answer 1

技术上讲，这个程序会导致未定义行为，这意味着这个程序可以做任何事情而没有任何保证。它可能在原则上格式化您的硬盘，向所有朋友发送恶意邮件，点燃您的计算机或变得有感知并奴役人类。

在这种情况下，当n = 8时的未定义行为没发生什么坏事，而当n = 9时的未定义行为造成了段错误。两者在程序中完全合法，但都不能保证可移植性。

希望这能帮到您！

- templatetypedef

Answer 2

@templatetypedef是正确的；他比我先回答了。未定义行为不一定意味着段错误。

但我想提供一些关于为什么 n=9 时会出现段错误而 n=8 不会的猜测。通常，像 int i 和 int arr[] 这样的变量驻留在栈上，它向下增长。所以，i 可能驻留在地址 0x4000，如果它是一个 4 字节的 int，那么 arr[0] 在 0x4004，arr[1] 在 0x4008，以此类推。在这种情况下，编译器很可能已经为 arr 分配了 16 个字节，并且它可能正在使用低于 0x4014（即 arr 后面的第一个字节，即 arr[5] 的地址）的地址。但是，除了您手动声明的变量之外，栈上通常还有其他东西。例如，printf 调用的参数可能在栈上，还可能有其他的簿记信息。因此，如果 arr[9] 恰好与编译器用于其他某些内容的栈位置重合，您将意外地破坏该信息，这可能导致段错误。

另外，如果arr [8]在从操作系统分配的堆栈帧底部，则您的操作系统将配置处理器以拒绝执行任何指令，从与arr [9]重合的地址加载或存储值。我认为这种情况不太可能发生，因为堆栈大小通常为4KB左右，对于这样一个短程序，您应该远未接近分配的堆栈的末尾。

- Nicu Stiurca

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虽然@templatetypedef正确地说了未定义的行为，但我正在寻找像这样的分析。 在循环中执行时，arr应该位于堆栈顶部。因此，它不会破坏任何其他成员。printf的参数和任何其他簿记将转到更高的地址，例如arr[5]或arr[9]的地址，或者基于编译器而言更高。当调用printf时，它可能会覆盖arr[5]之后的某些值。但是，这不应影响printf的执行。从printf返回时，arr再次位于堆栈顶部。 - Siddique

Answer 3

templatetypedef的回答是正确的，这是一种未定义行为的情况（这并不像你想象的那样罕见），但我想补充一些内容：

9*sizeof(int)不是2的幂次方。当编译器分配内存时，它们通常会按照2的幂次方字节进行分配，以防止堆碎片化。

你可能会想知道为什么它没有分配4*sizeof(int)，因为那正好是你所请求的。我不确定，但可能是编译器分配了一些额外的字节，或者它有一个最小的内存量来为数组分配内存。这取决于编译器和你编译代码时使用的选项。

尝试在没有优化的情况下运行你的代码（在命令行上使用-O0），它可能会分配你需要的确切内存量，并且在i>=4时会导致段错误。

尽管我可能错了，但我不确定C编译器是在堆还是栈中分配静态数组。

- Hoffmann

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你确定这个数组是在堆上分配的吗？我会认为以这种方式声明的数组会在栈上分配。 - templatetypedef

@templatetypedef 在C/C++中，包括固定大小数组（如arr）在内的局部变量通常分配在堆栈上。 - Nicu Stiurca