C与C++风格的字符串辨析

Posted 2021-05-16 叫我粥粥

C与C++风格的字符串辨析

C++中实际上存在两类字符串，一类是常说的标准库中的string，另一类是C风格的字符串。

正如C++ primer中所述：

尽管C++支持C风格的字符串，但是在C++程序中最好还是不要使用它们。这是因为C风格字符串不仅使用起来不太方便，而且极易引发程序漏洞，是诸多安全问题的根本原因。

确实C风格的字符串及其难用，而且非常容易发生问题。

但是，我们不能完全不了解C风格的字符串，因为很多程序和相关的API在标准库出现前就已经完成。而且其中很多涉及重要的系统调用，例如网络编程中就有大量的C风格字符串的使用。我们可以嫌弃它，但是掌握它也是必须的。

下面就C与C++风格的字符串中一些使用上极易混淆的地方做一些辨析。

1. 关于头文件

1. C风格的字符串是string.h。

2. cstring是C风格的string.h在C++下的对应头文件。

3. C++风格的字符串是string（STL标准库）。

实际是C++是兼容上述三个头文件的。

• string.h和cstring都提供了对于C风格字符串的相关操作。

• 而string是STL标准库提供的模板类容器。

他们是完全不一样的，如需详细了解，可以查阅cppreference.com文档。

2. 关于C风格字符串的初始化与赋值操作

2.1 不同方式的初始化与其存储位置

C风格的字符串有两大类初始化方式：

// 第一类：字符数组形式
// 指定大小
char c[6] = "abcde";
// 由编译器计算大小
char c[] = "abcde";

// 第二类：字符指针形式
char *c = "abcde";

第一类方法用来指定大小时，必须至少比初始化的内容多1个空间，用来存放null-terminated，即'\0'。否则会有undefined错误发生。

必须要明确知道，这两类初始化完全不同。使用字符数组所创建的字符串是可读可写的，存储位置为栈区。而用字符指针所得到的字符串是只读的，因为存储位置位于常量区。这是使用前必须明确的。

2.2 字符数组的名字和字符指针的关系

由于上述两种关系，我们常常会觉得，字符数组的名字和字符指针是一样的。实际上在很多使用到数组名字的地方，确实编译器会帮我们自动将其替换成「一个指向数组首元素的指针」。这句话的另一层意思就是，二者其实是不一样的，只是“好像在一些操作中一样”。有两个点需要注意：

• 使用auto变量推断一个C风格字符串时得到的是字符指针，而非字符数组。
• 使用decltype推断时，得到的是一个字符数组而不是字符指针（也就是上述的转换没有发生）

即：

char c[] = "abcde";
auto auto_c = c;
decltype(c) decl_c = "abc";

观察其类型：

注意：decltype连大小都继承下来了，因此不注意的话非常容易出现错误（不过大部分IDE能检测到）。

2.3 赋值问题

在知道了字符数组和字符指针的区别后，必须要指出，不建议使用2.1中所述的字符指针方法构建字符串（即第二类）。**这并不是一种标准的用法，而且十分危险。**它的内存存放在文本常量区，可读不可写。**如果试图写入，程序会直接崩溃，甚至编译器不会警告（GCC应该会）。**因此，一个常规的做法是用第一类方法初始化，而字符指针可以用来指向已经初始化好的字符串。接下来讨论赋值的时候，都是存储在栈中的字符串。

当我们以为辨清了存储问题就可以随意赋值，那就大错特错了，因为在C风格的字符串中，不能将数组的内容拷贝给其他数组作为其初始值。

也就是说，不能进行赋值操作。具体来说是不能使用「等号」进行赋值。我们应该用cstring或string.h中提供的字符串拷贝函数来进行操作：

char* strcpy( char* dest, const char* src );
char *strncpy( char *dest, const char *src, std::size_t count );

这里通常就会出现及其危险的操作了，必须足够注意：

• 使用strcpy的时候必须保证dest是有足够空间的，否则结果为undefined。
• 使用strncpy时，不会保证拷贝 null-terminated，即'\0'。

一个常用的方法是把dest开得大一些，然后用0作为初始值，这样能以一种相对优雅的方式防止大多数问题，但是使用起来仍需注意。

char src[] = "abcde";
char dest[100] = {0};
// 拷贝下标2开始的总共2个字符
strncpy(dest, src + 2, 2);
cout << dest << endl;
// 结果输出：cd

3. 关于混用

前面也提到了，我们无法抛弃C风格的字符串。当我们使用STL的string时，难免遇到C风格与STL容器类混用的问题。幸运的是STL已经为我们考虑了足够多，二者的转换可以非常方便。

3.1 C风格字符串转STL string

STL对于C风格是非常宽容的，我们可以直接使用构造函数将C风格转换成容器类。

char cs[] = "unix";
string s(cs);
cout << s << endl;
//输出：unix

也可以直接用C风格给STL string赋值。

string s2;
s2 = cs;
cout << s2 << endl;
//输出：unix

进行STL string的加法运算时，C风格的字符串可以作为其中一个对象。

string scs = s + cs;
cout << scs << endl;
//输出：unixunix

需要再次警告：我们必须保证C风格的字符串是正确的，如果它没有争取地以'\0'结尾，那结果也是undefined。

3.2 STL string转C风格

当我们的一些API只能接收C风格的字符串时，就必须考虑STL string向C风格转换。这里STL再一次为我们考虑了，提供了对应的转换函数：

它的使用方法非常简单，如下：

string s = "unix";
// 以C格式的字符指针传进去
func(s.c_str());

参考

• 《C++ Primer 中文第五版》
• cppreference.com
• https://blog.csdn.net/u012611878/article/details/78291036