带有 const char* 的奇怪 std::cout 行为答案

【问题标题】：Strange std::cout behaviour with const char*带有 const char* 的奇怪 std::cout 行为
【发布时间】：2023-03-14 22:03:01
【问题描述】：

我有一个返回字符串以显示为错误消息的方法。根据此错误在程序中发生的位置，我可能会在显示错误消息之前添加更多解释。

string errorMessage() {
    return "this is an error";
}

// somewhere in the program...
const char* message = ("Some extra info \n" + errorMessage()).c_str();
cout << message << endl;

（我将消息存储为 const char*，因为我实际上会将此错误提供给另一个接受 const char* 参数的方法）

此时它会输出垃圾（控制台上无法打印的字符）。

所以我玩了它，发现如果我这样做：

// somewhere in the program...
const char* message = ("Some extra info \n" + errorMessage()).c_str();
cout << ("Some extra info \n" + errorMessage()).c_str() << endl << message << endl;

然后它会正确显示消息两次。

为什么向cout 提供额外的参数会导致它按我的预期工作？

【问题讨论】：

标签： c++ string iostream cout c-strings

【解决方案1】：

("Some extra info \n" + errorMessage()) 是一个临时 std::string。这意味着，语句完成后，它的生命周期就结束了。

cout << ("Some extra info \n" + errorMessage()).c_str() << endl

有效，因为此时std::cout 使用std::string，它的生命周期尚未结束。

<< message

part 是未定义的行为。纯粹是运气好。

要解决此问题，您需要使用 const std::string& 或从 C++11 开始使用 std::string&& 来延长 std::string 的生命周期：

const std::string&  str_const_ref = "Some extra info \n" + errorMessage();
std::string&& str_rvalue = "Some extra info \n" + errorMessage();

现在您可以随意对它们进行操作了。

另一种方法是

std::string str = "Some extra info \n" + errorMessage();

但是，如果编译器不做一些Return Value Optimization，这将导致构造函数和复制构造函数（非常糟糕 ) 或移动构造函数（>= C++11，更好，但不必要）被执行。

顺便说一句，这个确切的问题甚至在“C++ 编程语言”第 4^th 版中都有介绍！

在第 10.3.4 节“临时对象”中，Stroustrup 先生写道：

标准库字符串有一个成员 c_str()（第 36.3 节），它返回一个指向以零结尾的字符数组的 C 样式指针（§2.2.5、§43.4）。此外，运算符+ 被定义为表示字符串级联。这些是字符串的有用工具。然而，在它们组合起来可能会导致难以理解的问题。例如：
void f(string& s1, string& s2, string& s3) {
    const char* cs = (s1+s2).c_str();
    cout << cs;
    if (strlen(cs=(s2+s3).c_str())<8 && cs[0]=='a') {
        // cs used here
    }
}
[...] 创建一个临时字符串对象来保存s1+s2。接下来是指针到 C 风格的字符串是从该对象中提取的。然后——最后表达式——临时对象被删除。然而，C- c_str() 返回的样式字符串被分配为临时的一部分持有s1+s2 的对象，并且该存储不保证在之后存在那个临时的被破坏了。因此，cs 指向 deallocated 贮存。输出操作cout<<cs 可能会按预期工作，但是那将是纯粹的运气。编译器可以检测并警告这个问题的许多变种。 if-statement 的问题有点微妙。这条件将按预期工作，因为其中的完整表达式创建的临时持有s2+s3 是条件本身。但是，该临时文件在受控语句之前被销毁已输入，因此无法保证对 cs 的任何使用都有效。

所以，不要担心你的 C++ 技能。甚至 C++ 圣经也解释了这一点。 ;-)

【讨论】：

啊，这很有道理。事实上，它总是在一种情况下有效，而在另一种情况下却从来没有真正让我感到震惊
@rbennett485 这样的事情几乎总是未定义的行为或放错位置的宏。 :-)
当您说“类似这样的事情”时，您的意思是某个程序有时按预期工作，有时不按预期工作？
@rbennett485 是的。未定义的行为使机器可以做任何事情。工作，不工作，段错误等
("Some extra info \n" + errorMessage()) 没有范围，因为它没有名称。不要将作用域（名称的编译时属性）与生存期（对象的运行时属性）混淆。

【解决方案2】：

const char* message = ("Some extra info \n" + errorMessage()).c_str();
cout << message << endl;

errorMessage() 返回一个临时的std::string 对象
与"Some extra info \n" + errorMessage() 连接会创建另一个临时对象。
获取它的 c_str 会返回一个指向其内部缓冲区的指针（不是副本）。
然后临时对象被删除，指针失效。
其他一切都是未定义的。它可能会给出正确的输出、崩溃或做任何其他事情。

【讨论】：

【解决方案3】：

问题出在这里：

const char* message = ("Some extra info \n" + errorMessage()).c_str();

errorMessage() 将返回一个临时的 std::string，它将在下一行运行之前超出范围。

我建议改为这样做：

std::string message = "Some extra info \n" + errorMessage();

然后当你需要传递一个指向底层缓冲区的指针时，你可以使用：

message.c_str();

【讨论】：