C 語言指標進階測驗三題：負索引、類型懲罰與野指針解引用

題目一：負索引訪問

[c]
#include 
int main(void) {
    char* p = NULL;
    char* tmp = "12345678";
    p = (char*)(tmp + 4); // p 指向 '5' (索引4)
    // p[-1] = ?  p[-5] = ?
    printf("p[-1] = %c, p[-5] = %c\n", p[-1], p[-5]);
    return 0;
}

答案：p[-1] = '4', p[-5] = '1'。
原理：p[-n] ≡ *(p - n) ≡ p[n] (指標算術對稱性)。tmp+4 指向第 5 個字元 '5'，往前 1 位是 '4'，往前 5 位是 '1'。

題目二：類型懲罰與短整數存儲

[c]
#include 
#include 
int main(void) {
    char* data = "12345678";
    short* tmp = NULL;
    char p[6] = {0};
    tmp = (short*)&p[2]; // 將 p[2]、p[3] 視為一個 short
    *tmp = atoi(&data[4]); // atoi("5678") = 5678 = 0x162E
    // p[0]~p[5] = ?
    for (int i = 0; i < 6; i++) printf("p[%d] = %d (0x%02X)\n", i, p[i], (unsigned char)p[i]);
    return 0;
}

答案 (小端機 x86/ARM)：

核心考點：類型懲罰 違反嚴格別名規則，行為未定義；端序 決定多位元組寫入順序；對齊：&p[2] 可能未 2 位元組對齊，部分架構會觸發 SIGBUS。

題目三：任意地址解引用

[c]
int* p = (int*)0x1234;
printf("p = %p, *p = %d\n", p, *p);

結果：未定義行為 (UB)，極大機率 **Segmentation Fault (段錯誤)**。
原因：0x1234 非用戶態合法映射地址 (通常在第一個頁面 0x0~0xFFF 為守護頁，或屬於內核/未映射區)。解引用觸發頁錯誤，OS 發送 SIGSEGV 終止進程。
教訓：永遠不要解引用未經驗證的任意數值指標。嵌入式裸機編程中訪問硬體寄存器需用 volatile uint32_t *reg = (volatile uint32_t*)0x40000000; 並確保地址合法映射。

總結：指標不難，但細節決定生死

• 指標算術：p + n 按 sizeof(*p) 縮放，負索引同理。
• 類型懲罰：char* 別名例外允許訪問任意類型，但反向 (short* 寫 char[]) 違規。
• 對齊要求：short* 需 2 字節對齊，int* 需 4 字節對齊。
• 地址合法性：用戶態地址空間由 OS 管理，隨意造指標必崩。