"" + C++ 中的一些东西

Question

我的代码中发生了非常奇怪的事情。我相信我已经追踪到标有“这里”的部分（代码当然是简化的）：

std::string func() {
    char c;
    // Do stuff that will assign to c
    return "" + c; // Here
}

当我尝试cout 这个函数的结果时会发生各种各样的事情。我想我什至设法获得了一些底层 C++ 文档，以及许多 segmentation fault。我很清楚，这在 C++ 中不起作用（我现在使用stringstream 来转换为string），但我想知道为什么。在使用了很多 C# 并且没有使用 C++ 之后，这给我带来了很多痛苦。

Answer 1

• "" 是字符串文字。它们的类型为 数组 N const char。这个特定的字符串字面量是一个 由 1 个const char 组成的数组，其中一个元素是空终止符。

• 数组很容易衰减为指向其第一个元素的指针，例如在需要指针的表达式中。

• lhs + rhs 没有为数组定义为lhs，整数为rhs。但它被定义为指针作为 lhs 和整数作为 rhs，使用通常的指针算法。

• char 是 C++ 核心语言中的整数数据类型（即被视为整数）。

==> 字符串文字+ 字符 因此被解释为指针+ 整数。

表达式"" + c大致等价于：

static char const lit[1] = {'\0'};
char const* p = &lit[0];
p + c // "" + c is roughly equivalent to this expression

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您返回一个std::string。表达式"" + c 产生一个指向const char 的指针。期望 const char* 的 std::string 的构造函数期望它是指向以 null 结尾的字符数组的指针。

如果c != 0，则表达式"" + c 导致未定义行为：

• 对于c > 1，指针运算会产生未定义的行为。指针算法只定义在数组上，如果结果是同一个数组的元素。

• 如果char 已签名，则c < 0 出于相同原因产生未定义行为。

• 对于c == 1，指针运算不会产生未定义的行为。这是一个特例；允许指向数组最后一个元素之后的一个元素（但不允许使用它所指向的元素）。它仍然会导致未定义行为，因为此处调用的 std::string 构造函数要求其参数是指向有效数组的指针（以及以 null 结尾的字符串）。最后一个元素不是数组本身的一部分。违反此要求也会导致 UB。

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现在可能发生的情况是std::string 的构造函数试图通过在数组中搜索等于'\0' 的（第一个）字符来确定您传递给它的以空字符结尾的字符串的大小：

string(char const* p)
{
    // simplified
    char const* end = p;
    while(*end != '\0') ++end;
    //...
}

这将产生访问冲突，或者它创建的字符串包含“垃圾”。 编译器也有可能假设这种未定义行为永远不会发生，并进行一些有趣的优化，从而导致奇怪的行为。

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顺便说一句，clang++3.5 emits a nice warning 这个 sn-p：

警告：将 'char' 添加到字符串不会追加到字符串 [-Wstring-plus-int]

return "" + c; // Here
       ~~~^~~

注意：使用数组索引来消除此警告

Answer 2

关于编译器如何解释这段代码有很多解释，但你可能想知道的是你做错了什么。

您似乎期待来自std::string 的+ 行为。问题是两个操作数实际上都不是std::string。 C++ 查看操作数的类型，而不是表达式的最终类型（这里是返回类型，std::string）来解决重载问题。如果没有看到std::string，它将不会选择std::string 的+ 版本。

如果你对一个操作符有特殊的行为（或者你写了它，或者有一个提供它的库），那么这种行为只适用于至少一个操作数具有类类型（或引用类类型，并且用户-定义的枚举也计数）。

如果你写了

std::string("") + c

或

std::string() + c

或

""s + c // requires C++14

那么你会得到运算符 + 的 std::string 行为。

（请注意，这些实际上都不是好的解决方案，因为它们都会产生短暂的std::string 实例，而std::string(1, c) 可以避免）

函数也是如此。这是一个例子：

std::complex<double> ipi = std::log(-1.0);

您将收到运行时错误，而不是预期的虚数。那是因为编译器不知道它应该在这里使用复数对数。重载只看参数，参数是一个实数（实际上是double）。

运算符重载 ARE 函数并遵守相同的规则。

Answer 3

这个返回语句

return "" + c;

有效。使用了所谓的指针算法。字符串字面量 "" 被转换为指向其第一个字符的指针（在这种情况下指向其终止零），并将存储在 c 中的整数值添加到指针中。 所以表达式的结果

"" + c

有类型const char *

类 std::string 具有接受 const char * 类型参数的转换构造函数。问题是这个指针可以指向字符串文字之外的东西。因此该函数具有未定义的行为。

我认为使用这个表达式没有任何意义。如果你想基于一个字符构建一个字符串，你可以写例如

return std::string( 1, c );

C++ 和 C# 之间的区别在于，在 C# 中，字符串文字具有 System.String 类型，该类型具有重载的运算符 + 用于字符串和字符（在 C# 中是 unicode 字符）。在 C++ 中，字符串文字是常量字符数组，运算符 + 用于数组和整数的语义不同。数组被转换为指向它们的第一个元素的指针，并使用指针算法。

标准类 std::string 具有重载运算符 + 用于字符。 C++ 中的字符串文字不是 std::string 类型的此类的对象。