C++ ostringstream 奇怪的行为

Posted 2023-02-25

【中文标题】C++ ostringstream 奇怪的行为

【英文标题】：C++ ostringstream strange behavior

【发布时间】：2016-08-12 20:19:45

【问题描述】：

我最近在使用 c++ 代码时遇到了一个非常奇怪的问题。 我在极简主义的例子中重现了这个案例。 我们有一个 Egg 类：

class Egg

private:
    const char* name;
public:
    Egg() ;
    Egg(const char* name) 
        this->name=name;
    
    const char* getName() 
        return name;
    
;

我们还有一个 Basket 类来存放鸡蛋

const int size = 15;
class Basket

private:
    int currentSize=0;
    Egg* eggs;
public:
    Basket()
        eggs=new Egg[size];
    
    void addEgg(Egg e)
        eggs[currentSize]=e;
        currentSize++;
    
    void printEggs()
        for(int i=0; i<currentSize; i++)
        
            cout<<eggs[i].getName()<<endl;
        
    
    ~Basket()
        delete[] eggs;
    
;

所以这是一个按预期工作的示例。

 Basket basket;
 Egg egg1("Egg1");
 Egg egg2("Egg2");

 basket.addEgg(egg1);
 basket.addEgg(egg2);
 basket.printEggs();
 //Output: Egg1 Egg2

这是预期的结果，但是如果我想根据某个循环变量添加 N 个生成名称的鸡蛋，我会遇到以下问题。

 Basket basket;
 for(int i = 0; i<2; i++) 
    ostringstream os;
    os<<"Egg"<<i;
    Egg egg(os.str().c_str());
    basket.addEgg(egg);
 
 basket.printEggs();
 //Output: Egg1 Egg1

如果我将循环条件更改为 i

在谷歌搜索后，我发现给 Egg 中的 char* 名称变量一个固定大小并在构造函数中使用 strcpy 可以解决问题。

这是“固定”的 Egg 类。

class Egg

private:
     char name[50];
public:
    Egg();
    Egg(const char* name)
    
        strcpy(this->name, name);
    
    const char* getName()
    
        return name;
    
;

现在的问题是为什么？

提前致谢。

Here 是整个代码的链接。

【问题讨论】：

由于您使用的是 C++，因此使用 std::string 比旧的 C 字符串函数要好得多。

是的，我不太擅长 c++。只是想为案例创建示例

我同意，使用 std::string 和 std::vector + 编写自己的复制构造函数，因为我猜你遇到了未定义的行为

std::string 比 C 风格的字符串要宽容得多，所以如果可以，请使用它们，除非您有非常令人信服的理由不这样做。当您操作原始字符指针时，这样的错误太常见了。

你的指针很乱，违反了rule of three。您应该了解如何在 C++ 中使用指针和数组的一些基本知识

【参考方案1】：

让我们仔细看看这个表达式： os.str().c_str().

函数str返回一个字符串按值，并以这种方式使用它使返回的字符串成为一个临时对象，其生命周期只到表达式结束.一旦表达式结束，字符串对象就会被破坏并且不再存在。

传递给构造函数的指针是指向临时字符串对象的内部字符串的指针。一旦字符串对象被破坏，该指针就不再有效，使用它会导致未定义的行为。

简单的解决方案当然是在您想使用字符串时使用std::string。更复杂的解决方案是使用数组并在字符串消失之前复制字符串的 contents（就像您在“固定”Egg 类中所做的那样）。但请注意，使用固定大小数组的“固定”解决方案容易出现缓冲区溢出。

【讨论】：

谢谢，这清除了很多东西，所以事实证明 'ostringstream' 每次创建时都在内存中使用相同的位置？由于它在每次迭代中重新创建。还有一件事，你说我们得到了未定义的行为，但是为什么我复制了数组中的指针呢？循环中的变量被销毁，但在 egg 数组中存储了一个副本（结果不是副本，而是相同的指针）。

@BorislavStoilov 问题是你的变量是一个指针。指针什么都不做，而是指向 另一个 变量。并且 那个 变量被破坏了。任何通过该指针访问它的尝试都会触发 UB

@BorislavStoilov 编译器需要在循环的每次迭代中为ostringstream 对象分配空间，但是当它每次迭代都可以重用空间时，为什么要浪费宝贵的周期呢？所以是的，它只是在每次迭代时重用相同的空间，并且只是调用构造函数/析构函数。

@BorislavStoilov 至于 UB，您复制的是 pointer 而不是内容（在原始的“非固定”代码中），这就是问题所在。指针就是它听起来的样子，指向某个内存的指针，如果该内存不再存在，则指针不再有效。不管你有多少个指针副本，它们都指向同一个内存。

【参考方案2】：

在您的第一种情况下，您复制指向字符串的指针。

在第二种情况下，使用strcpy()，您实际上是深度复制字符串。

---

好的，我没有冗长，让我澄清一下。在第一种情况下，您复制指针，该指针指向使用ostringstream 创建的字符串。如果超出范围会发生什么？

未定义的行为！

【讨论】：

但是指针不是完全不同吗？在循环'Egg egg(os.str().c_str());'中，每次创建一个新的Egg？

@BorislavStoilov 我更新了，抱歉。是的，但由于您体验过 UB，我们无法确定行为是什么。我猜这个函数会重用它的内存，因此最新的副本仍然存在。好问题顺便说一句，+1。

【参考方案3】：

os.str() 是一个std::string 类型的匿名临时，并且一旦该匿名临时超出范围（在语句的结尾），是undefined。您的第二种情况有效，因为strcpy(this->name, name); 在临时超出范围之前获取.c_str() 指向的数据的副本。但是代码仍然很脆弱：固定大小的字符缓冲区很容易被溢出。 （一个简单的解决方法是使用strncpy）。

但要正确修复，请利用 C++ 标准库：使用 std::string 作为 name 的类型，const std::string& 作为 getName 的返回类型，以及像 @ 这样的 容器 987654331@ 把鸡蛋放在你的篮子里。

【参考方案4】：

您不会在 Egg 构造函数中复制字符串，只是一个指针，即字符串的起始地址。

发生了，你的 ostrings 的所有实例一次又一次地在同一个地方分配它们的缓冲区。碰巧在构造 for 循环和输出打印 for 循环之间缓冲区没有被覆盖。

这就是为什么最终你所有的Eggs 都有他们的name 指针指向同一个地方，并且那个地方包含构建的姓氏。