目次
1. 前言
在學習 C 語言或在開發現場使用時，遇到「Segmentation Fault（段錯誤，簡稱 segfault）」這類錯誤的經驗應該不少吧。當程式突然異常結束，螢幕上顯示不熟悉的錯誤訊息「Segmentation fault (core dumped)」時，往往會對發生了什麼感到困惑。 此錯誤是 C 語言的典型執行時錯誤，當對記憶體進行不正當操作時，作業系統會強制停止程式的執行。C 語言是一種讓程式設計師記憶體的強大語言，但若稍有失誤，就可能存取到未預期的記憶體區域，帶來危險。 本文將針對何在 C 語言中會發生 Segmentation Fault」「常見原因與具體範例」「發生時的調查與除錯方法」「防止再次發生的程式撰寫要點」等主題，為初學者提供易於理解的說明。目標是提供從想扎實掌握 C 語言基礎的學習者，到實際在現場開發的工程師，都能受益的內容。 希望能透過本文解決「出現 Segmentation Fault 程式無法執行」或「不知道該如何修正」等困擾，提供安全且高效進行 C 語言程式設計的提示。2. Segmentation Fault是什麼？
Segmentation Fault（段錯誤，簡稱：Segfault）是指當程式存取「本不該存取的記憶體區域」時，被作業系統強制終止的錯誤。C 語言程式中常見的「Segmentation fault」或「core dumped」等訊息，表示此現象已發生。 C 語言允許程式設計師自由操作記憶體，但也必須承擔其管理責任。使用指標變數直接指定記憶體區域並存取是其特點，但若存取的目標是未定義、無效或受保護的區域，作業系統會判斷不再允許程式執行。此時，系統將此視為「不正當存取」而產生 Segmentation Fault。 例如，在以下情況下常會發生 Segmentation Fault。- 參考了 NULL 指標或未初始化的指標時
- 存取已釋放（free 後）的記憶體時
- 超出陣列或指標範圍存取時
- 將值寫入寫入保護的記憶體區域（例如：字串常量）時
3. Segmentation Fault的主要原因
Segmentation Fault在C語言中因記憶體操作錯誤而頻繁發生。這裡將介紹特別常見的代表性原因，並附上具體範例。了解這些後，錯誤發生時的故障排除將大幅加快。NULL指標或未初始化指標的參照
C語言中，僅宣告指標變數其內容仍未定義（垃圾值）。若直接參照，會存取到不正確的記憶體位址，導致Segmentation Fault。若誤參照以NULL初始化的指標亦同。int *p = NULL;
*p = 10; // ← 因NULL參照而產生的段錯已釋放記憶體（懸掛指標）之存取
使用malloc或calloc等動態配置的記憶體區域，若在以free釋放後仍存取該區域，會觸及已無效的位址，成為段錯的原因。int *q = malloc(sizeof(int));
free(q);
*q = 5; // ← 存取已釋放記憶體導致段錯陣列或指標的範圍外存取（緩衝區溢位）
若陣列的索引寫錯而存取到範圍外，程式會觸及未預期的記憶體區域，這也是段錯的原因。C語言不會自動進行索引檢查，因而成為錯誤的溫床。int arr[5];
arr[10] = 1; // ← 範圍外存取導致段錯堆疊溢位（巨型陣列或過深遞迴）
若在函式內定義過大的陣列，或遞迴呼叫過深，會超出程式可使用的堆疊領域，導致作業系統產生段錯。void func() {
int arr[1000000]; // ← 巨型陣列導致堆疊溢位
func(); // ← 遞迴呼叫無法停止導致段錯
}寫入禁止的記憶體區域之寫入
若對文字常值字串或常數陣列等本應不可寫入的區域嘗試寫入值，也會產生Segmentation Fault。char *str = "hello";
str[0] = 'H'; // ← 向寫入禁止區域寫入導致段錯4. 常見的發生案例與NG模式
Segmentation Fault 是一種因小失誤或疏忽而常發生的錯誤。本章將舉出實際常見的程式碼範例，說明為何會產生錯誤。此外，也會提及在現場常讓人困惑的「有無 printf 會改變執行結果」現象。NULL 指標與未初始化指標的NG範例
int *ptr; // 未初始化
*ptr = 100; // 參考垃圾位址→段錯誤int *ptr = NULL;
printf("%dn", *ptr); // 參考 NULL→段錯誤free 後的記憶體存取（懸掛指標）
int *data = malloc(sizeof(int));
*data = 50;
free(data);
printf("%dn", *data); // 參考已釋放的區域→段錯誤data = NULL;，以避免之後的存取。陣列範圍外存取（緩衝區溢位）
int arr[3] = {1, 2, 3};
arr[3] = 10; // 陣列僅有 0〜2。範圍外存取會導致段錯誤關於「有無 printf 會改變執行結果」的現象
有些錯誤會出現「加入 printf 後錯誤不再出現／反而出現」的現象。這是因為在未初始化指標或堆疊變數使用不明確時，printf 會微妙改變記憶體配置，導致錯誤暫時不會顯現（或相反地顯現）。在此情況下，根本原因不是 printf，而是「未初始化變數」或「範圍外存取」。除錯時不要以「printf 能跑就沒問題」為依據，務必確認初始化與存取範圍的正確性。總結：現場常見的NG模式避免方法
- 指標必須先初始化並檢查 NULL
- free 後將指標設為 NULL，防止再次存取
- 對陣列與記憶體的範圍外存取保持極度注意
- 即使 printf 暫時消除症狀，也不要掉以輕心
5. Segmentation Fault 發生時的除錯手法
Segmentation Fault 發生時，「哪裡」與「為何」錯誤產生，快速定位非常重要。這裡介紹在 C 語言開發現場有用的代表性除錯方法。以即使是初學者也能實作的步驟與工具為中心說明。gdb 除錯（基本使用方式）
gdb（GNU Debugger）是 C 語言程式除錯最常用的工具。 依照以下步驟，即可找出 Segmentation Fault 的發生位置。- 編譯時加入除錯資訊
gcc -g sample.c -o sample- 使用 gdb 執行程式
gdb ./sample- 在 gdb 提示字元輸入「run」並執行
(gdb) run- 發生段錯時，使用「bt」（backtrace）檢查堆疊追蹤
(gdb) btvalgrind 記憶體錯誤偵測
valgrind 是能自動偵測 heap 與指標不當操作的強大工具。 特別對「使用已釋放的記憶體」與「讀寫未初始化區域」等情況有效。- 執行範例
valgrind ./sampleprintf 除錯／assert 的活用
使用「printf」來確認變數的值或處理的進度，也是簡便且有效的方法。 但如前章所述，printf 本身可能改變記憶體配置，暫時隱藏症狀，因此在根本解決錯誤前需特別留意。 此外，使用「assert」時，若條件不成立會立即停止程式，有助於早期發現錯誤。#include <assert.h>
assert(ptr != NULL); // 若 ptr 為 NULL 則異常結束核心轉儲的活用方法
依作業系統不同，程式在因 Segmentation Fault 結束時，會自動輸出稱為「核心轉儲」的記憶體快照。 若在 gdb 中載入此檔案，即可詳細解析程式結束時的記憶體狀態與變數內容。gdb ./sample core總結：找出錯誤位置是最重要的要點
- 發生 Segmentation Fault 時，首先調查「在哪裡發生」
- 熟練使用 gdb、valgrind 等工具，可大幅加速原因追查
- 手動的 printf 除錯亦有效，但別忘記解決根本原因
6. 防止再發與安全的 C 語言編碼要點
Segmentation Fault 即使已修正，只要大意仍有可能多次再次發生的風險。因此重要的是「安全的 C 語言編碼習慣化」。本章整理了在實務中也有用的防止再發的技巧與要點。指標的初始化與 NULL 檢查的徹底
在宣告指標後，基本上必須立即以NULL 或適當的位址進行初始化。未初始化的指標會成為不明原因的段錯（Segmentation Fault）的根源。另外，在使用指標之前務必進行 NULL 檢查。int *ptr = NULL; // 初始化
if (ptr != NULL) {
*ptr = 10;
}
動態記憶體管理的規則化
使用malloc 或 calloc 取得記憶體時，應養成在失敗時（返回值為 NULL）也要妥善檢查的習慣。另外，free 後的指標務必賦值為 NULL，以防止再次使用，從而避免因懸掛指標導致的段錯。int *data = malloc(sizeof(int));
if (data == NULL) {
// 錯誤處理
}
free(data);
data = NULL;陣列與記憶體的邊界檢查與 assert 的活用
在存取陣列或緩衝區時，務必確認在範圍內。另外，利用assert 可以在開發時提前偵測「不可能」的條件。#include <assert.h>
int arr[5];
int idx = 4;
assert(idx >= 0 && idx < 5); // 超出範圍則立即停止
arr[idx] = 10;靜態分析工具與 Sanitizer 的使用
在最近的開發環境中，已配備靜態分析（static analyzer）與執行時錯誤偵測工具（Sanitizer）等，可自動偵測 bug 的溫床。例如「AddressSanitizer」或「Clang Static Analyzer」等，對於偵測堆疊或堆的非法存取非常有效。# AddressSanitizer 的範例（gcc/clang）
gcc -fsanitize=address -g sample.c -o sample
./sample編碼規範與審查的徹底
無論是個人開發或團隊開發，都應制定編碼規範，使指標與記憶體操作保持一致性。另外，務必接受第三方審查，以防止意想不到的錯誤與遺漏。總結：以習慣與工具防止事故
- 徹底初始化、NULL 檢查、free 後的 NULL 代入
- 以範圍檢查與 assert 防止非法存取
- 積極活用靜態分析、Sanitizer 等最新工具
- 程式碼審查與結對程式設計也是有效的對策
7. OS 與開發環境的差異與注意事項
Segmentation Fault 是在任何 OS 或開發環境中都會共同發生的錯誤，但「錯誤訊息的表現」以及「錯誤的再現性」與「除錯方法」等會因使用的 OS 或編譯器而略有不同。以下將說明各代表性環境的差異與注意事項。gcc 與 clang（Linux／macOS 環境）
在 C 語言開發中廣泛使用的 gcc 與 clang，是 Linux 與 macOS 的標準編譯器。 在這些環境中，發生段錯時通常會顯示「Segmentation fault (core dumped)」的錯誤訊息。 此外，還可以使用 gdb、valgrind 等強大的除錯與驗證工具，因而容易追查原因與確認再現性。- 範例：
Segmentation fault (core dumped)Visual Studio／Windows 環境
在 Windows 進行 C 語言開發時，Visual Studio 與 MinGW 等編譯器是主流。 在此環境中，發生段錯時會顯示「存取違反（Access violation）」或「0xC0000005」等 OS 專屬的錯誤訊息。- 範例：
Exception thrown at 0x00401020: Access violation reading location 0x00000000.- 使用除錯器（如 Visual Studio Debugger 等），即可確認堆疊追蹤與變數狀態。
macOS 特有的行為
macOS 以 clang 為標準，但因安全功能（如 System Integrity Protection 等），可存取的記憶體區域較 Linux 更嚴格受限。 因此，原本在 Linux 上正常執行的程式碼在 macOS 可能會出現段錯，故在不同環境下測試相當重要。除錯工具的差異與選擇
- Linux/macOS：gdb、lldb、valgrind、AddressSanitizer 等，選項眾多
- Windows：Visual Studio Debugger、Dr. Memory 等，提供 Windows 專用的除錯工具
跨平台開發的注意事項
因各 OS 對「未定義行為」的處理可能不同，開發時盡量遵循「符合標準 C 的寫法」。 此外，在發佈或釋出前務必於多個環境進行運作確認，以防止特定 OS 專屬的錯誤。總結：了解環境差異，撰寫穩健的程式碼
- 段錯發生時的錯誤訊息與調查方法因 OS 與編譯器而異
- Linux/macOS 除錯工具豐富，Windows 以 Visual Studio 為中心
- 透過多環境測試與驗證防止再次發生並提升品質
8. 總結
在本文中，我們系統性地說明了在 C 語言中常見的 Segmentation Fault（段錯誤、Segfault），包括其定義與機制、主要原因、易發生的程式碼範例，以及發生時的除錯方法與防止再發的對策。 Segmentation Fault 是 C 語言高度自由度所伴隨的風險，「能自行管理記憶體」的優勢，有時也會成為「導致致命錯誤」的弱點。從新手到資深開發者，只要大意就可能遭遇此問題。然而，只要了解原因與模式，平時養成正確的程式撰寫習慣，就能事先防止大多數的 Segfault。 特別重要的是以下要點。- 徹底指標的初始化與 NULL 檢查
- 確認陣列與記憶體操作時的範圍
- free 後的指標管理，以及動態記憶體使用時的規範化
- 積極活用靜態分析工具與除錯器
- 在多個作業系統與編譯器環境下的執行確認
9. 常見問題（FAQ）
關於 Segmentation Fault，彙整了 C 語言學習者與現場工程師常提出的疑問與問題。若有符合的情況，歡迎參考。Q1. 要如何立即確定 Segmentation Fault 的原因？
A1. 首先確認錯誤訊息與發生的行號，了解是哪個處理程序發生問題。編譯時加上-g 選項，使用 gdb、Visual Studio 等除錯器執行，即可快速定位錯誤位置與堆疊追蹤。valgrind 等工具也非常有幫助。Q2. 若無法使用 gdb 或 valgrind 的環境，該如何調查？
A2. 使用printf 語句將變數值與處理進度細部顯示，掌握錯誤發生前的狀況。也可以利用 assert 檢查條件是否被破壞。若是複雜的 bug，根本調查較困難，理想情況是盡可能建置開發環境以使用相關工具。Q3. malloc 或 calloc 失敗會導致 Segmentation Fault 嗎？
A3. 當malloc 或 calloc 失敗時，返回值會是 NULL。若直接參照 NULL 指標，就會產生 Segmentation Fault。務必在使用前確認記憶體是否成功分配（即非 NULL）。Q4. 為何巨大的陣列或深度遞迴會發生 Segmentation Fault？
A4. C 語言中每個函式都有固定的「堆疊區」大小。若在局部變數宣告巨大的陣列，或遞迴呼叫過於頻繁，會耗盡堆疊空間，導致段錯誤。可視情況改用動態記憶體（heap），或將遞迴改寫為迴圈等對策。Q5. Windows 也會發生 Segmentation Fault 嗎？
A5. 會的。但在 Windows 上不會顯示「Segmentation fault」，通常會以「Access violation（存取違反）」或錯誤代碼（例如 0xC0000005）呈現。現象本質上是相同的記憶體存取違規，原因與處理方式亦相同。Q6. 即使修正程式碼仍無法解決 Segmentation Fault，該怎麼辦？
A6. 再次冷靜檢查修正內容是否正確。留意是否有相似位置仍有相同錯誤，或指標、陣列的使用是否有遺漏。若仍找不到原因，可將問題程式碼裁減至最小範例，以便更容易發現根本原因。Q7. 為避免段錯誤，平時應注意哪些要點？
A7. 落實指標的初始化與 NULL 檢查、記憶體分配與釋放管理、陣列與緩衝區的範圍檢查、善用動態與靜態分析工具等，將本文介紹的安全程式設計習慣日常化。 若有其他問題或想了解的內容，歡迎在留言區提出。10. 評論區與提問說明
感謝您閱讀至本文結尾。 如果您對 Segmentation Fault 有疑問，或是「文章的這裡不太好懂」「在這種情況該如何處理？」等關於 C 語言程式設計的問題，歡迎隨時在評論區留下您的提問。 此外，我們也徵求您實際遇到的錯誤範例、自己的解決案例、或想進一步了解的主題等。對於大家提供的意見與問題，我們會盡可能細心回覆。這也能成為有相同困擾的其他讀者的參考，請積極加以利用。 未來我們仍會持續發佈更易懂且實用的 C 語言與程式設計相關文章，歡迎您收藏或分享。 希望您的疑問與經驗能成為下一位讀者學習與求助的契機，若能如此，我們將深感榮幸。
