使用 directory_iterator 时文件名 c_str() 损坏

Question

在使用directory_iterator 存储一个文件的c_str() 名称之前遍历目录中的所有文件时，会导致无效读取（和垃圾输出）。

这对我来说似乎很奇怪。

代码示例：

工作：

#include <iostream>
#include <filesystem>

namespace fs = std::filesystem;

int main() {
 for (auto const &entry : fs::directory_iterator("./")) {
   std::cout << entry.path().filename().c_str() << '\n';
 }
}

valgrind 没有报告错误。

损坏的输出：

#include <iostream>
#include <filesystem>

namespace fs = std::filesystem;

int main() {
 for (auto const &entry : fs::directory_iterator("./")) {
   auto filename = entry.path().filename().c_str();
   std::cout << filename << '\n';
 }
}

valgrind 报告 159 次无效读取（大小为 1）——确切数字取决于目录中有多少文件。

这两个 sn-ps 都是使用 gcc 9.1 编译的，使用以下命令： g++-9.1 test.cpp -std=c++17

Answer 1

临时对象的生命周期仅限于创建它的语句。通俗地说，语句是一行以分号结尾的代码。在整个语句结束之前，所有临时对象都处于活动状态。

From the C++ spec:

当实现引入具有非平凡构造函数（[class.default.ctor]，[class.copy.ctor]）的类的临时对象时，它应确保为临时对象调用构造函数. 类似地，应为具有非平凡析构函数（[class.dtor]）的临时调用析构函数。 在评估完整表达式 ([intro.execution]) 的最后一步时销毁临时对象，该完整表达式（在词法上）包含它们的创建点。 即使评估以抛出异常结束也是如此。 销毁临时对象的值计算和副作用仅与完整表达式相关联，与任何特定子表达式无关。

剖析工作示例，我们看到operator<< 在销毁临时对象之前执行。

• entry.path() = 临时 #1
• .filename() = 临时 #2
• .c_str() 从临时#2 中获取字符指针
• .c_str() 传递到 operator<< 的 std::cout 中，而以上所有内容仍然存在
• 使用.c_str() 指针调用operator<< 被执行并返回。
• 以'\n' 调用operator<< 被执行并返回。
• 所有临时对象都被销毁了。

剖析损坏的示例，我们看到一个悬空指针：

• entry.path() = 临时 #1
• .filename() = 临时 #2
• .c_str() 从临时 #2 中获取字符指针并存储在变量 filename
• 语句结束：所有临时对象均已销毁。现在filename 指向已删除的内存——它是一个悬空指针。
• 对operator<< 的调用会传递一个悬空指针，它会将其取消引用，就好像它是一个有效的字符串 = 未定义的行为一样。

您可以通过删除.c_str() 来提取不损坏的局部变量，这会使变量filename 成为std::filesystem::path 类型的对象。 std::filesystem::path 拥有它的内存（类似于std::string）。

for (auto const &entry : fs::directory_iterator("./")) {
    auto filename = entry.path().filename();
    std::cout << filename << '\n';
}

path also supports ostream output directly，不需要.c_str()。