Por que uma string em C precisa de um byte além dos caracteres visíveis

Em C, ptr[i] e *(ptr + i) designam o mesmo elemento. A primeira forma apresenta o acesso como indexação; a segunda mostra explicitamente o deslocamento feito a partir do ponteiro.^[2]

Essa equivalência também se aplica à posição final da string. Se o conteúdo usa as posições de índice 0 até N - 1, o terminador ocupa a posição de índice N. Logo, ele pode ser alcançado tanto por ptr[N] quanto por *(ptr + N). A posição existe dentro da reserva somente quando foram disponibilizados N + 1 bytes.^{[1, 2]}

A aritmética não cria o byte adicional. Ela apenas permite expressar qual elemento será acessado. O requisito de tamanho vem da representação da string: conteúdo mais terminador nulo. A equivalência entre as duas formas de acesso ajuda a enxergar que o terminador também ocupa uma posição concreta e indexada.^{[1, 2]}

Considere um conteúdo que ocupa três bytes, representados por A, B e C. A reserva calculada é 3 + 1 = 4 bytes. Os índices 0, 1 e 2 recebem o conteúdo, e o índice 3 recebe o caractere nulo final. Essa quarta posição pode ser expressa como ptr[3] ou *(ptr + 3), pois as duas expressões designam o mesmo elemento.^{[1, 2]}

Se fossem reservados somente três bytes, eles já estariam consumidos pelo conteúdo do exemplo. Não haveria uma posição reservada para o terminador no índice 3. Nesse caso, a área descrita não atenderia à regra de comprimento mais um byte exigida para a cópia da string.^[1]

A conta geral pode ser mantida sem depender do valor específico do exemplo: para um comprimento N, a reserva é N + 1; o último byte reservado tem índice N.^{[1, 2]}

Uma assinatura de função pode expressar que determinado argumento deve ser um ponteiro válido e não nulo para uma string. Esse contrato fortalece a verificação de tipos e permite ao compilador diagnosticar algumas violações, embora a evidência fornecida não afirme que todas elas sejam detectadas.^[3]

Nesse contrato, “não nulo” e “válido para uma string” são requisitos distintos. Um valor de ponteiro apenas não nulo não satisfaz, por si só, a descrição completa apresentada pela assinatura. O argumento deve ser um ponteiro válido para a string que a operação espera receber.^[3]

Relacionando esse contrato à reserva de memória, o objeto apontado precisa comportar a representação considerada: o conteúdo e o byte destinado ao caractere nulo final. Se a região reservada termina junto com o último byte do conteúdo, falta a posição adicional prevista pela regra de criação da string.^{[1, 3]}

A validade relevante, portanto, não é uma propriedade isolada do endereço numérico. Ela precisa ser considerada em relação ao objeto entregue e à finalidade indicada pela função. Para uma função cujo argumento é declarado como ponteiro válido e não nulo para uma string, a região apontada deve corresponder a uma string com sua fronteira final representada.^{[1, 3]}

A decisão correta reúne três aspectos. Primeiro, calcular o comprimento do conteúdo e reservar mais um byte. Segundo, reconhecer que o último byte tem índice igual ao comprimento. Terceiro, entregar à operação um ponteiro que satisfaça o contrato de ponteiro válido e não nulo para uma string.^{[1, 2, 3]}

Para operações usuais, a fonte recomenda preferir as funções padronizadas strlen, strcpy, strcat e strcmp. No caso específico da criação dinâmica de uma cópia, a regra documentada continua sendo reservar o comprimento do texto mais um byte para o caractere nulo final.^[1]

A conteúdo relacionado do curso situa esse mecanismo na visão geral da trilha de C. Aqui, o limite da evidência é específico: equivalência entre indexação e aritmética de ponteiros, reserva do byte final e contrato de ponteiro válido para a string.^{[1, 2, 3]}