C語言入門教程（五）：字符串字面量不可修改——常量區與棧區的內存分佈真相

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C語言入門教程（五）：字符串字面量不可修改——常量區與棧區的內存分佈真相

字符串字面量存儲在只讀常量區，嘗試修改導致崩潰。本節通過崩潰案例、內存佈局圖解、正確修改姿勢、const 防護，建立字符串內存安全意識。

一、崩潰案例還原

錯誤代碼：crash.c

int main() {
    char *msg = "ABC";   // msg 指向常量區
    msg[0] = msg[1];     // 嘗試修改只讀內存 → 崩潰！
    puts(msg);
    return 0;
}

編譯與運行

$ gcc crash.c -o crash
$ ./crash
Segmentation fault (core dumped)  // Linux
// 或 Access violation (Windows)

二、內存佈局真相

進程虛擬地址空間（簡化）：
┌─────────────────────────────────────┐
│ 內核空間 (3GB~4GB)                  │
├─────────────────────────────────────┤
│ 用戶空間                            │
│  ┌───────────────────────────────┐  │
│  │ 棧區 (向下增長)                │  │
│  │   局部變量、函數幀              │  │
│  └───────────────────────────────┘  │
│  ┌───────────────────────────────┐  │
│  │ 堆區 (向上增長)                │  │
│  │   malloc/free                  │  │
│  └───────────────────────────────┘  │
│  ┌───────────────────────────────┐  │
│  │ 數據區 (.data/.bss)            │  │
│  │   全局/靜態變量                │  │
│  └───────────────────────────────┘  │
│  ┌───────────────────────────────┐  │
│  │ 代碼區 (.text)                 │  │
│  │   機器指令                     │  │
│  └───────────────────────────────┘  │
│  ┌───────────────────────────────┐  │
│  │ 常量區 (.rodata)  ← "ABC" 在此 │  │
│  │   字符串字面量、只讀數據        │  │
│  │   **頁屬性：只讀 (READ ONLY)**  │  │
│  └───────────────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────┘

關鍵點

字符串字面量 "ABC" 編譯時存入 .rodata 段
加載時映射為**只讀內存頁**（MMU 屬性）
char *msg = "ABC" 使 msg 指向只讀區
msg[0] = ... 觸發寫保護頁錯誤 → SIGSEGV

三、正確修改姿勢：棧上副本

方案 1：數組初始化（推薦）

int main() {
    char msg[] = "ABC";  // 在棧上分配 4 字節，複製 "ABC\0"
    msg[0] = msg[1];     // 修改棧上副本 → 安全！
    puts(msg);           // 輸出 "BBC"
    return 0;
}

機制：char msg[] = "ABC" 等價於 char msg[4] = {'A','B','C','\0'}，編譯器生成代碼在棧幀分配空間並複製內容。

方案 2：動態分配

int main() {
    char *msg = strdup("ABC");  // 堆上分配副本
    if (!msg) return 1;
    msg[0] = msg[1];
    puts(msg);
    free(msg);  // 釋放
    return 0;
}

四、字符串字面量 vs 數組初始化：本質對比

寫法	類型	存儲位置	可修改	生命週期	sizeof
`char *p = "ABC"`	`char*`	.rodata (只讀)	否	程序全周期	指針大小
`char a[] = "ABC"`	`char[4]`	棧/數據區 (可寫)	是	作用域/程序周期	4
`const char *p = "ABC"`	`const char*`	.rodata (只讀)	編譯器阻止	程序全周期	指針大小

五、const 防護：編譯期攔截錯誤

最佳實踐

// 僅讀取：用 const 承諾不修改
const char *msg = "ABC";
puts(msg);
// msg[0] = 'X';  // 編譯錯誤：assignment of read-only location

// 需修改：用數組
char msg[] = "ABC";
msg[0] = 'X';  // 合法

規範：所有不修改字符串的指針參數、返回值、變量，**一律加 const**。

六、函數參數傳遞：const 正確性

// 錯誤：承諾不改卻能改
void bad_print(char *str) { puts(str); }

// 正確：const 保護調用者傳入的字面量
void good_print(const char *str) { puts(str); }

// 調用
good_print("Hello");      // 合法：字面量傳給 const 指針
good_print(msg);          // 合法：數組退化為 const 指針
bad_print("Hello");       // 危險：字面量傳給非 const，內部若修改會崩潰

七、進階：字符串字面量合併優化

const char *s1 = "Hello";
const char *s2 = "Hello";
printf("%p %p\n", s1, s2);  // 可能相同！編譯器合併相同字面量

char a[] = "Hello";
char b[] = "Hello";
printf("%p %p\n", a, b);    // 必須不同！各自在棧上獨立分配