📚 课程目录第3章处理数组越界访问

3. 处理数组越界访问

任务说明

本案例提供一个包含数组越界访问的C程序，该程序试图计算一个整数数组的“平均值”，但索引逻辑存在越界错误，导致读取了数组边界之外的内存。你的任务是定位越界位置，分析其后果，并实施修复，使程序只访问合法索引范围内的元素。

问题代码

#include <stdio.h>

#define SIZE 5

int main(void) {
    int data[SIZE] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int sum = 0;
    float average;

    // 计算数组元素之和（存在越界）
    for (int i = 0; i <= SIZE; i++) {
        sum += data[i];
    }

    average = (float)sum / SIZE;
    printf("平均值: %.2f\n", average);
    return 0;
}

问题定位

循环条件 i <= SIZE 在 i = 5 时仍然执行循环体，此时访问 data[5]。数组 data 的合法索引范围是 0 到 4（共5个元素），因此 data[5] 属于越界访问。该操作读取了数组末尾之后的内存位置，其值是不确定的（可能是任意垃圾值），导致求和结果错误，进而使平均值计算不准确。在某些编译环境或运行场景下，这种越界还可能触发运行时错误（如栈保护检测），导致程序异常终止。

修复方案

将循环条件从 i <= SIZE 改为 i < SIZE，确保索引最大值为 SIZE - 1，即 4，从而只访问合法范围内的元素。

修复后代码

#include <stdio.h>

#define SIZE 5

int main(void) {
    int data[SIZE] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int sum = 0;
    float average;

    // 正确遍历数组：i 从 0 到 SIZE-1
    for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
        sum += data[i];
    }

    average = (float)sum / SIZE;
    printf("平均值: %.2f\n", average);
    return 0;
}

验证方法

使用支持地址检查的编译选项（如GCC的 -fsanitize=address）分别编译修复前后的代码，可以直观验证越界问题是否被消除：

# 编译修复前代码（应报告越界错误）
gcc -fsanitize=address -g before.c -o before
./before

# 编译修复后代码（应正常运行）
gcc -fsanitize=address -g after.c -o after
./after

修复前运行会触发AddressSanitizer的堆栈越界报告；修复后程序正常输出平均值。若不使用Sanitizer，修复前程序可能输出一个错误平均值（因越界读取到不确定值），修复后输出确定且正确的平均值。

预期输出

修复后代码的预期输出为：

平均值: 30.00

因为 (10+20+30+40+50)/5 = 150/5 = 30，该结果由代码逻辑直接唯一推出。

判定标准

修复后代码在编译时无警告（使用 -Wall -Wextra），运行时无越界访问。
使用AddressSanitizer编译修复后代码，程序正常退出且无任何错误报告。
程序输出的平均值为 30.00，与手算结果一致。