不同操作系统/编译器之间的 C 风格字符串输出不一致答案

【问题标题】：Inconsistent C style string output between different operating systems / compilers不同操作系统/编译器之间的 C 风格字符串输出不一致
【发布时间】：2021-01-11 07:27:29
【问题描述】：

我有一个 C++ 程序：

#include <iostream>

char * foo (char * bar, const char * baz) {
    int i = -1;

    do {
        i++;    
        *(bar + i) = *(baz + i);
    } while (*(baz + i));

    return bar;
}

int main (int argc, char *argv[]) {
    char bar[] = "";
    char baz[] = "Hello";

    foo(bar, baz);

    std::cout << "bar: " << bar << std::endl;
    std::cout << "baz: " << baz << std::endl;
}

这不是重要的部分，但这个程序的要求是它使用指针将一个C style string复制到另一个。

当我在我的 Ubuntu 16.04 桌面上编译并执行我的二进制文件时，我看到的是：

$ g++ -std=c++11 test.cpp -o test && ./test
bar: Hello
baz: ello

埃加德！ baz 的初始 'H' 已被删除，但我根本看不到我的 foo 函数如何更改 baz。嗯……

我的 Ubuntu 桌面上的 g++ 版本是这样的：

$ g++ --version
g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12) 5.4.0 20160609
Copyright (C) 2015 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

我认为这是我的代码的错误或错误（现在可能仍然如此），但我发现当我在任何其他操作系统上编译和运行时，我会得到不同的行为。

这是 macOS 上的输出：

$ g++ -std=c++11 test.cpp -o test && ./test
bar: Hello
baz: Hello

这是 macOS 笔记本电脑上的 g++ 版本：

$ g++ --version
Configured with: --prefix=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/usr --with-gxx-include-dir=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/c++/4.2.1
Apple clang version 12.0.0 (clang-1200.0.32.2)
Target: x86_64-apple-darwin19.5.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin

在其他 Linux 机器、Windows 等上进行测试时，它具有正确的预期输出 bar 和 baz 两者都是 Hello。

这是怎么回事！？

tl;dr C++ 程序在我的桌面上输出 C 样式字符串的方式与任何其他计算机不同。为什么？

【问题讨论】：

char bar[] = ""; 不是一个很大的字符串。将任何内容复制到其中可能会导致缓冲区溢出以及您的朋友和我的Undefined Behaviour。由于具有未定义行为的程序的行为是未定义的，因此推理不一致的行为是一种值得怀疑的时间消耗。..
旁注：您可能会发现while (*baz) { *bar++ = *baz++; } 对大脑更容易一些。虽然baz 处有一个非零值，但获取baz 处的值，然后将baz 推进到下一个字符。将值存入bar处的值，然后前进bar。
您可能希望在[ 和] 之间指定bar 的长度。
@user4581301：这个（尽管是规范的）循环的唯一问题是你必须在循环之后传输\0。
Sleep, do/while 在这里工作得更好一些，因为 paxdiablo 的评论指出了一些原因。如果你测试空终止符并在复制空终止符后退出，你不必担心。

标签： c++ c++11 g++

【解决方案1】：

char bar[] = "";

这保证创建一个字节长的内存区域（基本上刚好足够容纳'\0'）。一个实现可能给你更多，但你不能依赖它。

因此它不足以存储字符串"Hello"，这需要六个字节。例如，C++20 [expr.add] 对此进行了介绍，并特别强调：

如果表达式P 指向带有n 元素的数组对象x 的元素x[i]，则表达式P + J 和J + P（其中J 的值是j）指向如果0 <= i + j <= n，则到（可能是假设的）元素x[i + j]； 否则，行为未定义。

如果您想确保 this 代码 sn-p 中有足够的空间，您只需将声明更改为：

char baz[] = "Hello";
char bar[sizeof(baz)];  // bar will be same size as baz

对于其他情况，有不同的方法来保证这个大小，但一般规则还是一样的：确保目标数组足够大，这样你就不会超出它的末尾。

虽然未定义的行为意味着任何事情都可能发生，但在您的错误情况下，最可能发生的情况与堆栈上的以下内存布局有关。您将字符从baz 一个接一个地复制到bar（$ 代表\0 字符），从而产生以下前后快照：

     bar
      V
    +---+---+---+---+---+---+---+
    | $ | H | e | l | l | o | $ |  (before)
    +---+---+---+---+---+---+---+
    | H | e | l | l | o | $ | $ |  (after)
    +---+---+---+---+---+---+---+
          ^
         baz

因此，您可以看到超出bar 末尾的写入如何影响堆栈上的其他内容，例如baz。如果堆栈布局不同，效果很可能也会不同。

例如，如果bar 和baz 按其他顺序在堆栈上，那么bar 将不影响baz。它几乎肯定会影响堆栈上的某些东西else，导致奇怪的行为，特别是如果其他东西恰好是调用函数的返回地址:-)

底线是，未定义的行为完全意味着 - 您不能依赖任何按预期工作的东西。

【讨论】：