只有短字符串才能使用 c_str() 函数。

Question

我正在使用C++编写一个包装器，用来调用C库。在某个时刻，我需要将std::string转换为C风格的字符串。有一个类有一个函数可以返回字符串。如果字符串很短，则可以通过强制类型转换来实现，否则无法实现。以下是一个简单且精简的示例，说明了这个问题：

#include <iostream>
#include <string>

class StringBox {
public:
  std::string getString() const { return text_; }

  StringBox(std::string text) : text_(text){};

private:
  std::string text_;
};

int main(int argc, char **argv) {
  const unsigned char *castString = NULL;
  std::string someString = "I am a loooooooooooooooooong string";  // Won't work
  // std::string someString = "hello";  // This one works

  StringBox box(someString);

  castString = (const unsigned char *)box.getString().c_str();
  std::cout << "castString: " << castString << std::endl;

  return 0;
}

执行上面的文件将其打印到控制台：

castString:

如果我交换对 someString 的注释，它会正确地打印：

castString: hello

这是怎么可能的？

- Potaito

Answer 1

您正在调用 getString() 成员函数返回的临时字符串对象上的 c_str。由 c_str() 返回的指针只在原始字符串对象存在期间有效，因此当您在赋值 castString 的行末时，它最终成为一个悬空指针。从官方意义上讲，这会导致未定义的行为。

那么为什么短字符串可以工作呢？我怀疑您看到的是短字符串优化的效果，一种优化方式，在长度小于某个值的字符串中，字符数据被存储在字符串对象本身的字节中，而不是在堆中。可能返回的临时字符串存储在栈上，因此当它被清理时，没有发生任何释放，并且指向过期字符串对象的指针仍然保留着旧的字符串字节。这似乎与您看到的一致，但这仍然不意味着您所做的是一个好主意。 :-)

- templatetypedef

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谢谢，我明白了！有趣的是，在我其他系统上，这段代码运行得非常好，已经运行了几个月了。只是现在我更新了Ubuntu从14.04到15.10并重新安装了所有东西，它突然变了。我想那就是未定义的行为... - Potaito

谢谢您的详细解释。您能否解释一下您所说的“不是一个好主意”是什么意思？或者您是在指我错误地对由函数返回的对象调用c_str()函数？ - Potaito

我猜简单的解决方法是：std::cout << "castString: " << (const unsigned char *)box.getString().c_str() << std::endl; - chqrlie

@potAito 有趣的是，这段代码在我另一个系统上运行了数月而没有问题 -- 欢迎来到C++编程的世界，在这里，能够工作多年的程序可能会存在错误，只有通过对代码进行简单更改或在其他系统上运行才能发现。 - PaulMcKenzie

@potAito：确实，不能将c_str()的返回值存储在临时对象中以供稍后使用。 - chqrlie

Answer 2

box.getString()是一个匿名临时对象。在变量生命周期结束后，c_str()就无效了。

所以，在你的情况下，当你到达std::cout时，c_str()已经失效了。读取指针内容的行为是未定义的。

（有趣的是，由于std::string以不同的方式存储短字符串，你的短字符串的行为可能会有所不同。）

- Bathsheba

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我会把“长度”替换成“生命”。 - NathanOliver

谢谢你的帮助，我现在明白了！ - Potaito

Answer 3

当你通过值返回时

box.getString()是一个临时的对象，因此

box.getString().c_str()只在表达式期间有效，之后它就成为了悬挂指针。

您可以通过以下方式解决这个问题：

const std::string& getString() const { return text_; }

- Jarod42

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感谢您的帮助！ - Potaito

只是为了明确：这个修复问题的原因是因为现在getString()的返回值是对StringBox持有的_text的引用（而不是你代码中的匿名临时对象），所以.c_str()的结果在_text的生命周期内或任何其他修改_text的操作中都是有效的。 - Andre Kostur

Answer 4

box.getString() 产生一个临时对象。调用 c_str() 函数得到这个临时对象的指针。当临时对象被销毁，立即之后指针就会失效，也就是成为了悬垂指针。

使用悬垂指针是未定义行为。

- Cheers and hth. - Alf

Answer 5

首先，无论字符串的长度如何，您的代码都存在UB问题：在字符串的末尾。

castString = (const unsigned char *)box.getString().c_str();

< p > getString 返回的字符串已被销毁，castString 是对销毁的字符串对象内部缓冲区的悬空指针。

你的代码“运行”得起来的原因可能是小字符串优化：短字符串通常保存在字符串对象本身中，而不是保存在动态分配的数组中，显然，在你的情况下，该内存仍然可以访问且未修改。

- Baum mit Augen