C语言数组越界元素表现差异的原因解析

当尝试打印数组索引范围外的数组元素的地址和值时，为何部分元素会返回以下三种结果：

• (nil)指针
• 数组中其他元素的地址
• 随机地址（推测是物理内存地址）

测试程序 #

#include <stdio.h>

int main(){
        int arr[5];
        arr[0]=1;
        arr[1]=2;
        arr[2]=3;
        arr[3]=4;
        arr[4]=5;
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[0], arr[0]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[1], arr[1]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[2], arr[2]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[3], arr[3]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[4], arr[4]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[5], arr[5]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[6], arr[6]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[7], arr[7]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[8], arr[8]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[9], arr[9]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[10], arr[10]);
        printf("%d\t-\t%p\n", arr[11], arr[11]);
}

输出结果 #

1   -   0x1
2   -   0x2
3   -   0x3
4   -   0x4
5   -   0x5
0   -   (nil)           // (nil is printed here)
1367157456  -   0x517d2ad0  // (random address and value)
32628   -   0x7f74          // (random address and value, which should have been adjacent, I think)
1   -   0x1         // (address and value of other element in array)
0   -   (nil)           // (here too, nil is printed)
1365029450  -   0x515cb24a
32628   -   0x7f74

编译与运行环境 #

• 使用gcc编译，命令：gcc ./temp.c
• x86 64位Linux机器

问题解析 #

首先要明确：你的代码存在核心错误——你用%p打印的是数组元素的值，而非元素的地址。正确打印元素地址的写法应该是printf("%d\t-\t%p\n", arr[i], &arr[i]);，当前写法是把整数类型的元素值强制转换成指针类型输出，这和你想观察的“数组元素地址”完全不是一回事。

抛开代码错误，数组越界访问在C语言中属于未定义行为——C标准没有规定这种情况下程序的运行逻辑，编译器、操作系统可以做出任意处理，所有结果都不可预测。结合内存布局，你看到的三种现象可以这样解释：

1. 输出(nil)：越界访问到的内存区域恰好存储了0值，用%p打印这个0值时，会被解析为空指针，最终显示(nil)。
2. 出现数组其他元素的值：越界访问的内存位置刚好和数组内某个元素的存储区域重叠（比如栈内存布局导致越界后绕回数组区域），或者恰好读取到了和数组元素相同的随机值。
3. 随机地址/值：越界访问到了栈上的其他变量、函数返回地址、栈帧信息，或者堆/全局区的内存，这些区域的值是不确定的，看起来像“随机值”——注意这不是物理内存地址，Linux下程序使用的都是虚拟内存地址。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Thunder