C 語言數組越界訪問：for(i=0;i<=5;i++) 寫入 a[5] 導致 i 被覆寫

代碼與現象

int a[5];
for (int i = 0; i <= 5; ++i) {  // 條件應為 i < 5
    a[i] = -i;
    printf("a[%d] = %d\n", i, a[i]);
}

輸出中會出現 a[5] = -5，且後續 i 變為 0 導致**無限循環**（視棧布局而定）。

內存佈局解析

典型棧增長方向（高地址→低地址）：

高地址
+----------------+
|  a[4]  a[3]    |  a[0] 低地址
|  a[2]  a[1]    |
|  a[0]          |
+----------------+
|      i         |  ← 緊隨數組之後
低地址

a[5] 正好覆蓋 i 的存儲單元，寫入 -5 使 i 變為 -5，下輪循環 ++i 變 -4，永遠 <=5，陷入死循環。

驗證代碼

#include <stdio.h>
int main() {
    int i = 0;
    int a[5] = {0};
    for (i = 0; i <= 5; i++) {
        a[i] = -i;
        printf("a[%d] = %d\n", i, a[i]);
        if (i == 4) {
            printf("&i=%p, &a[0]=%p, &a[4]=%p\n", (void*)&i, (void*)&a[0], (void*)&a[4]);
            while(1); // 防止無限循環刷屏
        }
    }
    return 0;
}

運行後對比 &i 與 &a[5] 地址是否相同。

防範措施

1. 循環條件嚴格用 i < N，拒絕 <= N-1 或 <= N。
2. 開啟編譯器邊界檢查：GCC -fsanitize=address -fstack-protector-all，MSVC /RTCs。
3. 靜態分析工具：Cppcheck、Clang Static Analyzer、Coverity。
4. 代碼規範：MISRA C Rule 18.1「循環計數器不應超出數組邊界」。

延伸思考

若編譯器將 i 放入寄存器而非棧，則 a[5] 會破壞別的變量或返回地址，導致**更難復現的崩潰**。這就是「未定義行為」的可怕之處：表現隨編譯器、優化等級、運行環境而異。