配列の境界を越えたポインタ演算が C で未定義の動作とみなされるのはなぜですか?

ポインター演算と未定義の動作: 境界の探索

ポインター演算はプログラミングにおける強力なツールであり、効率的なメモリ操作を可能にします。ただし、配列の境界を越えると、未定義の動作の領域に入ります。

この例では、整数配列 arr に 4 つの要素が割り当てられています。次に、ポインタ p が、arr を超えた 5 つの要素、つまり arr 5 を指すように設定されます。この操作は、C 標準によって未定義の動作としてフラグが立てられます。

この制限の背後にある直観は、特にポインタは決して逆参照されません (つまり、ポインタが指すメモリにアクセスしようとします)。標準の整数演算のように動作するはずだと考える人もいるかもしれませんが、そうではありません。

問題の核心は、ポインタと整数は本質的に等価ではないという事実にあります。これらは、増加、減少、比較などの類似した特性を共有できますが、根本的な違いがあります。ポインタはメモリ位置を参照し、整数は数値を表します。

C 標準では、ポインタ演算を使用して配列の境界を超えることは未定義の動作であると明示的に定義されています。これは、コンパイラには、異なるプラットフォーム間、さらには同じコードの異なる実行間でも一貫して状況を処理する義務がないことを意味します。

なぜこれが重要なのでしょうか?明示的な逆参照が実行されない場合でも、ポインター演算の結果は他のコード パスに影響を与える可能性があります。たとえば、境界外のポインターがポインター比較で使用されたり、関数の引数として渡された場合、予期しない結果が生じる可能性があります。

要約すると、配列の境界を超えたポインター演算は行われたとみなされます。未定義の動作を使用して、コンパイラの一貫した動作を保証し、潜在的な危険から保護します。配列の末尾を超えて 1 つの要素を追加するのは無害に見えるかもしれませんが、影響は予測できない可能性があるため、避けるべきです。

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