c++ - 创建一个字符串如何改变 const char* 指向的值？

Question

我编写了一个函数，它接受一个字符串并返回一个 const char *，其中包含该字符串的编码版本。我调用这个函数，然后创建一个新的字符串。这样做时，我无意中更改了指向我的 const char * 的值，我认为这是不可能的。

但是，当我不使用我自己的函数，而只是将一个值硬编码到我的 const char 数组中时，当我创建一个字符串时该值不会改变。为什么这里有区别，为什么我仍然能够更改 const char 数组的值？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <iostream>

using namespace std;

// returns "@username@FIN"
const char* encodeUsername(string username)
{
    username = "@" + username + "@FIN";
    return username.c_str();
}

int main(void)
{
    string jack("jack");
    const char* encodedUsername = "@jack@FIN";
    string dummy("hi");
    printf("%s\n", encodedUsername); //outputs "@jack@FIN", as expected.

    string tim("tim");
    const char* encodedUsername2 = encodeUsername(tim);
    string dummy2("hi");
    printf("%s\n", encodedUsername2); //outputs "hi". Why?
}

Answer 1

要理解为什么会发生这种情况，您需要了解 C++ 的几个固有属性。

1. 在 C++ 中，指针可以指向已释放的内存区域。这是许多其他语言无法做到的，它可以隐藏一些严重的错误。例如，考虑以下代码:

char* moo()
{
    char* a = new char[20];
    strcpy(a, "hello");
    delete[] a;
    return a;
}

请注意，即使我刚刚删除了 a，我也可以返回指向它的指针。调用方将收到该指针，并且不知道它指向已释放的内存。此外，如果您立即打印返回值的值，您很可能会看到“hello”，因为 delete 通常不会将它释放的内存清零。

粗略地说，

1. std::string 是 char* 的包装器，它隐藏了一个非常好的接口(interface)后面的所有分配和释放，因此您不需要关心内存管理。 std::string 的构造函数及其上的所有操作分配或重新分配数组，而析构函数解除分配它。

2. 当您按值将某些内容传递给函数时(就像您在 encodeUsername 函数中所做的 username = "@"+ username + "@FIN")，它会创建一个新对象，其中包含您传递的内容的拷贝，该对象将在函数结束后立即销毁。所以在这种情况下，一旦 encodeUsername 返回，username 就会被销毁，因为它是按值传递的，并且包含在函数的范围内。由于对象被销毁，它的析构函数被调用，此时字符串被释放。指向您通过调用 c_str() 检索的原始数据的指针现在指向不再存在的内容。

3. 当您在释放后立即分配一个对象时，您很可能会重用刚刚释放的对象的内存。在您的例子中，当您创建一个新字符串 tim 时，它会在 encodeUsername 返回时刚刚释放的同一地址分配内存。

现在，您如何解决它？

首先，如果您不关心输入字符串(例如，如果您可以覆盖它)，您可以通过引用传递它:

const char* encodeUsername(string& username)

这将修复它，因为 username 不是拷贝，所以它不会在函数结束时被销毁。然而，现在的问题是此函数将更改您传入的字符串的值，这是非常不受欢迎的，并且会创建一个不直观的界面。

其次，您可以在返回之前分配一个新的 char 数组，然后在调用函数结束时释放它:

const char* encodeUsername(string username)
{
    username = "@" + username + "@FIN";
    return strdup(username.c_str());
}

然后在 main 的末尾:

free(encodedUsername);
free(encodedUsername2);

(请注意，您必须使用 free 而不是 delete[] 因为数组是使用 strdup 分配的)

这是可行的，因为我们返回的 char 数组在我们返回之前分配在堆上并且没有被释放。它的代价是现在调用函数需要释放它，这又是一个不直观的界面。

最后，正确的解决方案是返回一个 std::string 而不是一个 char 指针，在这种情况下 std::string 将处理所有为您分配和解除分配:

string encodeUsername(string username)
{
    username = "@" + username + "@FIN";
    return username;
}

然后在main函数中:

string encodedUsername2 = encodeUsername(tim);
printf("%s\n", encodedUsername2.c_str());