向std::string的char*缓冲区直接写入

Question

向std::string的char*缓冲区直接写入

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我有一个 std::string，并且有一个接受 char* 并将其写入的函数。由于 std::string::c_str() 和 std::string::data() 返回 const char*，因此我无法使用它们。因此，我正在分配临时缓冲区，调用一个函数，并将其复制到 std::string 中。

现在我打算处理大量的信息，拷贝这个缓冲区会有明显的影响，我希望避免这种情况发生。

一些人建议使用 &str.front() 或 &str[0]，但是这样做是否会触发未定义的行为呢？

- user3624760

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C++17在std::string中添加了非const的data()，但它仍然表示您不能修改缓冲区。 嗯？它在哪里说了？ - ildjarn

在访问&std[0] &str.font()之前，请确保有内存，即str.size() > 0。如果你只是实例化了str，请使用str.resize()。 - Garf365

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@ildjam 看起来我完全误读了那篇论文。.data() 应该可以正常工作。 - user3624760

参见：如何将 std::string 转换为 const char* 或 char* - Gabriel Staples

4个回答

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你可以简单地使用&s[0]来表示非空字符串，这会给你一个指向缓冲区开头的指针。

当你使用它来存放一个长度为n的字符串时，string的长度（而不仅仅是容量）需要在此之前至少为n，因为没有办法在不破坏数据的情况下将其增加。

也就是说，使用方法如下：

auto foo( int const n )
    -> string
{
    if( n <= 0 ) { return ""; }

    string result( n, '#' );   // # is an arbitrary fill character.
    int const n_stored = some_api_function( &result[0], n );
    assert( n_stored <= n );
    result.resize( n_stored );
    return result;
}

自C++11起，这种方法已正式工作。在此之前，在C++98和C++03中，缓冲区未被正式保证为连续的。但是，对于实践中的情况，自C++98以来，该方法已经工作 – 这是可以在C++11中采用连续缓冲区要求的原因(我认为这是在Lillehammer会议上添加的，那是2005年)，因为不存在具有非连续字符串缓冲区的现存标准库实现。

关于

“C++17添加了可变的非常量data()到std::string，但仍然说你不能修改缓冲区。”

我不知道有任何这样的措辞，而且由于这将违反非常量data()的目的，我怀疑这个说法是不正确的。

关于

“现在我计划处理大量信息，复制这个缓冲区将产生明显的影响，我想避免它。”

如果复制缓冲区会产生明显的影响，那么您应该避免无意中复制std::string。

一种方法是将其包装在一个不可复制的类中。

- Cheers and hth. - Alf

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我不知道你打算用那个 string 做什么，但如果你只需要一个能够自动释放
内存的字符缓冲区，那么我通常使用 vector<char> 或者 vector<int>
或者其他类型的缓冲区。

使用 v 作为向量，保证 &v[0] 指向一个连续的内存，
你可以将其用作缓冲区。

- Israel Unterman

自C++11之前，std::string也是如此，正如MatinBonner在另一个回答的评论中所说，尽管这种行为不是标准的，但大多数标准库将std::string实现为连续的内存。 - Garf365

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注意：如果您认为 string::front() 与 &string[0] 相同，则以下内容是多余的答案：

根据 cplusplus：在 C++98 中，您不应该写入 .data() 或 .c_str()，它们被视为只读/const：

程序不得更改此序列中的任何字符。

但在 C++11 中，这个警告被移除了，但返回值仍然是 const，因此在 C++11 中也不允许它。因此，为避免未定义行为，您可以使用 string::front()，它会返回：

如果字符串对象是 const-qualified，则函数返回 const char&。否则，它返回 char&。

所以，如果您的字符串不是 const，那么您可以正式地操作由 string::front() 返回的内容，该内容是缓冲区的第一个元素的引用。但是链接没有提到这适用于哪个 C++ 标准。我假设是 C++11 及以上。

此外，它返回的是第一个元素，而不是指针，因此您需要获取其地址。不清楚您是否被正式允许将其用作整个缓冲区的const char*，但结合其他答案，我相信它是安全的。至少它不会产生任何编译器警告。

- mo FEAR

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可以查看英文原文，
原文链接

- user3624760 · Accepted Answer

C++98/03

不可能。字符串可能使用复制时写入，因此需要处理所有读取和写入。

C++11/14

在 [string.require] 中：

basic_string 对象中的类似字符的对象必须被连续存储。也就是说，对于任何 basic_string 对象 s，当满足 0 <= n < s.size() 的所有值 n 时，标识 &*(s.begin() + n) == &*s.begin() + n 必须成立。

所以 &str.front() 和 &str[0] 应该可以工作。

C++17

str.data()、&str.front() 和 &str[0] 都可以工作。

这里有所说明：

charT* data() noexcept;

返回值：指针 p，满足对于每个 i 在 [0, size()] 范围内，都有 p + i == &operator[](i)。

复杂度：常数时间。

要求：程序不得更改存储在 p + size() 处的值。

非 const 的 .data() 可以正常工作。

最近的草案对 .front() 的措辞如下：

const charT& front() const;

charT& front();

要求： !empty()。

效果：等同于 operator[](0)。

对于 operator[]，草案中的措辞如下：

const_reference operator[](size_type pos) const;

reference operator[](size_type pos);

要求: pos <= size().

返回值: 如果 pos < size()，则返回 *(begin() + pos)。否则，返回一个类型为 charT 的对象的引用，该对象的值为 charT()，修改该对象会导致未定义行为。

异常：无。

复杂度：常数时间。

因此它使用迭代器算术运算。因此我们需要检查关于迭代器的信息。这里说：

3. basic_string是一个连续的容器（[container.requirements.general]）。

因此我们需要去这里:

连续的容器是指支持随机访问迭代器（[random.access.iterators]）并且其成员类型 iterator 和 const_iterator 是连续迭代器（[iterator.requirements.general]）的容器。

接着这里:

进一步满足以下要求的迭代器，对于整数值n和可解引用的迭代器值a和(a + n)，*(a + n)等价于*(addressof(*a) + n)，被称为连续迭代器。

显然，连续迭代器是C++17新增功能，详见这些论文。

该要求可以重写为：

assert(*(a + n) == *(&*a + n));

在第二部分中，我们取消引用迭代器，然后获取它指向的值的地址，然后对其执行指针算术运算，再次取消引用，这与递增迭代器并取消引用相同。这意味着连续的迭代器指向存储每个值的内存，这些值紧挨着彼此存储，因此是连续的。由于接受 char* 的函数希望得到连续的内存，因此您可以将 &str.front() 或 &str[0] 的结果传递给这些函数。