理解C++中的C-strings和字符串字面值

Question

我有几个问题想问关于字符串字面值和C-字符串。

如果我有以下代码：

char cstr[] = "c-string";

据我了解，字符串字面量在内存中创建时带有一个终止空字节。例如，从地址0xA0开始到0xA9结束，在这之后，该地址被返回和/或强制转换为char[]类型，然后指向该地址。

然后，可以合法地执行以下操作：

for (int i = 0; i < (sizeof(array)/sizeof(char)); ++i)
    cstr[i] = 97+i;

因此，在这个意义上，只要将字符串字面量转换为char []类型，它们就可以被修改吗？

但是对于常规指针，我了解到当它们指向内存中的字符串字面量时，它们无法修改内容，因为大多数编译器会将分配的内存标记为“只读”，并放在某些较低的地址空间中用于常量。

char * p = "const cstring";
*p = 'A'; // illegal memory write

我想了解的是为什么char *类型不能像数组一样指向字符串常量并修改它们的常数值？ 为什么字符串常量不能转换为char *而可以转换成char []？ 如果我对这里的想法有误或完全错了，请随时纠正我。

- Bobby Barjasteh

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char * p = "const cstring";应该会抛出编译错误，因为"const cstring"是类型为const char*的常量（特别指您不应该像在示例中使用它一样使用它）。 - tylerl

@tylerl "const cstring" 不是类型为 const char* 的变量。 - Lightness Races in Orbit

从C++11开始，字符串字面量的类型是const char[N]，这与const char*几乎等效。你可以争辩一些迂腐的细节，但那只会增加混淆而不是清晰度。@LightnessRacesinOrbit - tylerl

@tylerl 相反，它们是完全不同的类型，假装它们相同只会引入混乱。 - Lightness Races in Orbit

Answer 1

你所缺失的是编译器的一些巧妙技巧，大致如下：

char cstr[] = "c-string"; 

实际执行的方式如下所示：

char *cstr = alloca(strlen("c-string")+1);
memcpy(cstr,"c-string",strlen("c-string")+1);

你看不到这部分，但它基本上就是代码编译后的样子。

- tylerl

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这绝对是我一直缺失的东西！我选择的答案基本上已经用言语表达了这个意思，但代码更加简洁 ;) 所以 cstr 实际上是指向栈上（或可能是堆上）本地分配内存的 const char *，它是一个可修改的副本，不像字面字符串的值。非常感谢你向我展示了这个。 - Bobby Barjasteh

值得指出的是，在这种情况下，cstr 不是 const char*，而是 char*。const char* 是使用字符串字面量时得到的。这意味着您不能修改其内容。相反，char* 表示数据是可修改的。此外，它非常明显在堆栈上，而不是堆上，这就是为什么您不必调用 free()，以及为什么您不能将其返回给调用者的原因。 - tylerl

Answer 2

char cstr[] = "something"; 声明了一个自动数组，初始化为字节's'、'o'、'm'、...

另一方面，char * cstr = "something"; 声明了一个字符指针，其地址被初始化为文本“something”的地址。

- Hot Licks

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谢谢您对此的见解。我现在明白了，数组作为标准类型，在其构造函数中通过字符串字面量进行初始化，但它们只是字面量本身的副本。 - Bobby Barjasteh

Answer 3

char cstr[] = "c-string";

这将"c-string"复制到堆栈上的char数组中。可以在此内存中写入数据是合法的。

char * p = "const cstring";
*p = 'A'; // illegal memory write

像 "c-string" 和 "const cstring" 这样的字面字符串存储在二进制文件的数据段中。该区域是只读的。指针 p 指向该区域中的内存，写入该位置是不合法的。自 C++11 以来，这比以前执行得更加严格，您必须将其声明为 const char* p。

相关问题 在这里。

- m-sharp

Answer 4

在第一种情况下，您正在创建一个实际的字符数组，其大小由您使用的字面量的大小确定（8+1个字节）。cstr变量在堆栈上分配内存，并将字符串字面量的内容（在代码中可能位于内存的只读部分）复制到此变量中。

在第二种情况下，本地变量p也在堆栈上分配内存，但其内容将是您用其初始化的字符串字面量的地址。

因此，由于字符串字面量可能位于只读内存中，通常不安全尝试通过p指针更改它（您可以做到，也可能做不到）。另一方面，您可以对cstr数组进行任何操作，因为那是您的本地副本，只是恰好从字面量初始化而已。

（只有一个注意事项：变量cstr是字符数组类型，在大多数情况下，这会转换为指向该数组第一个元素的指针。例外情况可能是例如sizeof运算符：它计算整个数组的大小，而不仅仅是指向第一个元素的指针。）

- Vlado Klimovský

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啊，我明白了。所以它们的区别在于一个只是指向 RO 存储器的指针，而另一个是 char 数组的变量（或者换句话说是常量指针），指向内存中该字面值的本地副本加上空字节，因此可以访问该副本的 RW。感谢您的澄清。 - Bobby Barjasteh

顺便说一句，以前并不总是只读内存。在将字符串放入只读段之前，修改“常量”字符串是老式C程序员的技巧。 - Hot Licks