Warum wird Out-of-Bounds-Pointer-Arithmetik in C als undefiniertes Verhalten betrachtet?

Out-of-Bounds-Zeigerarithmetik: Warum es sich um undefiniertes Verhalten handelt

Zeigerarithmetik ist eine Funktion in Programmiersprachen, die es Programmierern ermöglicht, den Speicher zu manipulieren Adressen durch Addition oder Subtraktion ganzzahliger Werte zu Zeigern. Obwohl Zeigerarithmetik ein nützliches Werkzeug sein kann, ist es wichtig, die damit verbundenen potenziellen Risiken zu verstehen, insbesondere beim Umgang mit Zeigern außerhalb der Grenzen.

Das Problem

Betrachten Sie das folgende C-Code-Snippet:

<code class="cpp">int arr[4] = {0, 1, 2, 3};
int* p = arr + 5;</code>

Wenn der Zeiger p nie dereferenziert wird (d. h. auf den Wert, auf den p zeigt, wird nie zugegriffen), warum wird die Anweisung arr 5 als undefiniertes Verhalten betrachtet?

Die Antwort

Zeiger verhalten sich nicht genau wie ganze Zahlen. Es stimmt zwar, dass Zeigerarithmetik der Ganzzahlarithmetik ähneln kann, es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass Zeiger Speicheradressen darstellen und bestimmten Regeln und Einschränkungen unterliegen.

Gemäß dem C-Sprachstandard sind Zeiger außerhalb der Grenzen Arithmetik ist undefiniertes Verhalten, weil:

• Potenzielle Speicherbeschädigung: Der Zugriff auf Speicher außerhalb der Grenzen eines Arrays kann Daten in benachbarten Speicherorten beschädigen.
• Segmentierungsfehler: In vielen Betriebssystemen kann die Arithmetik von Out-of-Bounds-Zeigern zu Segmentierungsfehlern führen, die typischerweise das Programm zum Absturz bringen.
• Falsche Zeigervergleiche: Verwendung von Out-of -bounds-Zeiger können zu falschen Vergleichen zwischen Zeigern führen, was zu unvorhersehbarem Verhalten führt.

Kann es jemals sicher sein?

Beim Zugriff auf den Speicher von mehr als einem Element Wenn ein Ausdruck über das Ende eines Arrays hinausgeht, handelt es sich um ein explizit undefiniertes Verhalten. Ein Ausdruck, der um eins über das Ende des Arrays hinausgeht, könnte technisch korrekt sein und keinen Absturz verursachen. Das Ergebnis eines solchen Ausdrucks ist jedoch nicht spezifiziert, was bedeutet, dass er für eine sinnvolle Verwendung unzuverlässig ist.

In der Praxis ist es am besten, die Zeigerarithmetik außerhalb der Grenzen ganz zu vermeiden und sichere Konstrukte wie Array-Indizes zu verwenden oder Iteratoren, um auf den Speicher zuzugreifen.

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