存储指向 std::string 数据的指针是否安全？答案

【问题标题】：Is it safe to store the pointer to the data of a std::string?存储指向 std::string 数据的指针是否安全？
【发布时间】：2019-08-30 09:22:27
【问题描述】：

我的问题围绕着复制构造和重新分配的机制。

我有一个收集字符串的类。将字符串添加到集合后，该字符串被复制并存储在向量中。但由于我还需要以const char * const* 访问所有字符串的集合，因此我还通过.c_str() 存储指向每个字符串数据的指针。

class MyStrings {
private:
    std::vector<std::string> names;
    std::vector<const char*> cStringPointers;
public:
    const char *const *Data() const
    {
        return this->cStringPointers.data();
    }

    void Add(const std::string &name)
    {
        // copy [name] and store the copy in [this->names].
        this->names.push_back(name); 
        // Store the pointer to the data of the copy.
        this->cStringPointers.push_back(this->names.back().c_str());
    }
}

我知道，存储指向向量元素的指针是不好的，因为当向量被调整大小时，即必须重新分配他的内存，这些指针将不再有效。

但我只存储指向数据的指针。所以这是我的想法：

如果names 被调整大小，它将移动构造它包含的所有字符串，因此这些字符串不会分配新内存，而是只使用已经分配的内存，所以我在cStringPointers 中的指针仍然有效.

我现在的问题很简单：我是否遗漏了一些会使此代码不安全或导致未定义行为的东西？

（假设我不使用任何奇特的架构和/或编译器。）

【问题讨论】：

为什么将它们与字符串分开存储？相反，您可以在需要时致电c_str
@foreknownas_463035818 我相信 OP 出于某种原因需要一个指针数组（例如，要传递给某个 C 函数）。
你提前知道记录（名字）的数量吗？如果是，您可以为names 预留空间，然后就不会发生重新分配。另一种选择是检查重新分配（比较names 的大小和容量），如果发生，重建整个数组cStringPointers。
是的，@DanielLangr 是对的，我需要一些 C 接口，更具体地用于 Vulkan，因为它需要扩展名和层名作为 const char * const*。

标签： c++

【解决方案1】：

我现在的问题很简单：我是否错过了一些可以使此代码不安全或导致未定义的行为？

是的：您错过了小字符串优化。它是标准允许的并被广泛实施，当字符串实际上将它们的数据移动到它们的新位置时，会导致指针悬空。

【讨论】：

谢谢，我不知道这个:)

【解决方案2】：

这不安全。即使cStringPointers 也不安全。

注意，大多数编译器的标准库都实现了一种叫做：小字符串优化 (SSO) 的东西。基本上在 SSO 中，如果字符串很小（在 gcc 中为 15 个字符），则该字符串的内存不会在堆中分配，而是直接保存在 std::basic_string 类中。要实现 std::basic_string 大于指针所需的大小（开始、结束、容量）。

这意味着如果向量被重新定位，小字符串将改变它们的位置。更长的字符串将保持有效，因为它们是在堆上分配的，不会被复制。

【讨论】：

【解决方案3】：

我现在的问题很简单：我是否遗漏了一些会使这段代码不安全或导致未定义行为的东西？

是的。这个特定的假设取决于实现，因此 UB 即使std::string 的任何常见实现会移动字符串的数据并保持指针有效。只有当这样一个细节真正得到标准的保证时，你才能依赖它。（常见于标题为“迭代器有效性”等的部分。）在documentation of std::string's move constructor（第 2 号）中明确指出：

与其他容器移动赋值不同，对 str 的引用、指针和迭代器可能会失效。

在这里，对于大多数实现来说，这个假设实际上是错误的，因为它们使用了小字符串优化。这将在string 对象本身中存储一定大小的字符串（“小字符串”），而不是动态分配内存。因此，当string被移动时，只能避免复制动态分配的长字符串，而实际复制小字符串。因此c_str() 将在移动小字符串后产生不同的指针。

【讨论】：

【解决方案4】：

只需添加来自 C++ 标准 [string.require.4] 的相关引用：

引用basic_string 序列的元素的引用、指针和迭代器可能会因basic_string 对象的以下用途而失效：

— 作为参数传递给任何标准库函数，将非常量 basic_string 的引用作为参数。

向量重新分配期间字符串的移动构造正是这种情况，因为移动构造函数将非常量字符串的引用作为参数。

【讨论】：