陣列越界導致變數被竄改：堆疊佈局與未定義行為深度剖析

案例現場

運算式堆疊 st[MAXSIZE] 與變數 top 在堆疊上相鄰，因條件判斷錯誤導致 st[-1] 寫入，實際修改了 top 的值。

錯誤程式碼片段

int st[MAXSIZE] = {0};
int top = -1;

// 錯誤：未檢查 top == -1 直接呼叫 isMax(scr[i], st[top])
if (isMax(scr[i], st[top])) { ... }  // top=-1 時存取 st[-1]

記憶體佈局示意

高地址
+----------------+
|   其他區域變數  |
+----------------+
|      top       |  ← 4 bytes
+----------------+
| st[0] ~ st[99] |  ← 400 bytes
+----------------+
低地址

st[-1] 正好落在 top 位置，寫入運算子字元碼（如 '*'=42）導致 top 被竄改。

根本原因

• C 語言不檢查陣列邊界
• 區域變數在堆疊上連續排列，越界寫入會破壞相鄰變數
• 函數呼叫參數傳遞、暫存器保存等可能加劇堆疊佈局變化

除錯技巧

1. 啟用編譯器邊界檢查：GCC -fstack-protector-strong、Clang -fsanitize=address (ASan)
2. 使用 valgrind --tool=memcheck 偵測非法存取
3. 靜態分析：Cppcheck、Clang Static Analyzer
4. 防御性程式設計：所有陣列存取前檢查索引範圍

安全替代方案

總結

陣列越界是 C/C++ 最隱蔽且破壞力強的 Bug 來源之一。現代工具鏈（ASan、UBSan）能在執行期精準定位，建議所有專案納入 CI 流程強制啟用。