C++11 std::string::operator[] 会返回空终止缓冲区吗

Question

我有一个 std::string 类的对象，我需要将它传递给 C 函数，该 C 函数通过迭代它并搜索空终止符号来操作 char* 缓冲区。

所以，我有这样的事情：

// C function
void foo(char* buf);

// C++ code
std::string str("str");
foo(&str[0]);

假设我们使用 C++11，所以我们保证std::string 表示将具有连续存储的字符。

但我想知道是否有任何保证&str[0] 将指向以\0 结尾的缓冲区？是的，有c_str 成员函数，但我说的是operator[]。

有人可以引用标准吗？

Answer 1

在实践中，是的。 std::string 的完全零个实现符合标准，不会在缓冲区末尾存储 NUL 字符。

因此，如果您不是为了好奇而好奇，那么您就完成了。

但是，如果您想知道标准是否深奥：

---

在 C++14 中，是的。有一个明确的要求，[] 返回一组连续的元素，[size()] 必须返回一个 NUL 字符，并且 const 方法不能修改状态。所以*((&str[0])+size())必须和str[size()]一样，str[size()]必须是NUL，游戏就结束了。

---

几乎可以肯定，在 C++11 中。有规则const 方法不能修改状态。保证data() 和c_str() 在每一点都返回一个与[] 一致的空终止缓冲区。

对 C++11 标准的复杂解读表明，在调用 data() 或 c_str() 之前，[size()] 不会在缓冲区末尾返回 NUL 终止符，而是返回 static const CharT它是单独存储的，并且缓冲区在 NUL 应该是一个未初始化的（甚至是一个陷阱值）。由于const 方法不修改状态的要求，我认为这个读数是不正确的。

这需要在对.data() 的调用之间更改&str[str.size()]，这是string 在const 调用上的可观察到的状态变化，我认为这是非法的。

绕过标准的另一种方法可能是不初始化str[str.size()]，直到您通过调用.data()、.c_str() 或实际将str.size() 传递给operator[] 合法访问它。由于除了标准中的 3 种之外，没有定义访问该元素的方法，因此您可以扩展内容并说 NUL 的延迟初始化是合法的。

我会质疑这一点，因为.data() 的定义意味着[] 的返回值是连续的，所以&[0] 与.data() 的地址相同，并且.data()+.size() 保证指向一个 NUL CharT 所以必须 (&[0])+.size()，并且没有非 const 方法调用，std::string 的状态可能不会在调用之间改变。

但是，如果编译器可以看到你永远不会调用.data() 或.c_str()，如果可以证明你永远不会调用它们，那么连续性要求是否成立？

此时我会举起双手向敌对编译器开枪。

---

标准对此非常被动地表达。因此，可能有一种方法可以制定符合std::string 的标准，但不遵循这些规则。而且由于保证越来越接近明确要求在那里使用 NUL 终止符，因此出现新编译器的可能性很低，该编译器使用对 C++ 的痛苦解读来声称这是符合标准的。

Answer 2

按照标准，是的。底层 char 容器可以使用 string::data 或 string::c_str 访问，标准上说：

21.4.7.1 basic_string访问器[string.accessors]
const charT* c_str() const noexcept;
const charT* data() const noexcept;

1 返回： 一个指针p 使得p + i == &operator[](i) 对应[0,size()] 中的每个i。
2 复杂性： 恒定时间。
3 要求：程序不得改变存储在字符数组中的任何值。

为了证明它是空终止的，请查看operator[] 的定义（强调我的）：

21.4.5 basic_string元素访问[string.access]
const_reference operator[](size_type pos) const;
reference operator[](size_type pos);

1 要求： pos <= size().
2 返回： *(begin() + pos) 如果pos < size()。 否则，返回对类型为 charT 且值为 charT() 的对象的引用，其中修改对象会导致未定义的行为。
3 投掷：没有。
4 复杂性：恒定时间。

因此operator[size()] 返回charT()，并且由于std::string 是std::basic_string<char>，charT() 是'\0'。

这意味着，在您的情况下，*(&str[0] + str.size()) == '\0' 按照标准应始终为true。

---

注意，修改operator[size()] 是UB。