我可以取消引用 std::string.end() 吗？

Posted 2023-02-22

【中文标题】我可以取消引用 std::string.end() 吗？

【英文标题】：Can I dereference std::string.end()?

【发布时间】：2020-05-07 23:59:17

【问题描述】：

我相信对此的常见反应是“否”，因为容器的 end() 迭代器代表了一个“过去的”地址，它是取消引用的未定义行为。我在标准中找不到明确的声明可以免除字符串不受此约束，即使字符串在其他容器上具有特殊情况。

C++11 标准声明您可以读取字符串末尾的一个索引。 string[size()] 引用空终止符的只读值。

24.3.2.5 basic_string 元素访问[string.access]

const_reference operator[](size_type pos) const;

reference operator[](size_type pos);

(1) 需要： pos <= size()。

(2) 返回： *(begin() + pos) if pos < size()。否则，返回对类型对象的引用 charT 的值为 charT()，其中将对象修改为 charT() 以外的任何值会导致 未定义的行为。

front() 被定义为等同于return operator[](0)，对于空字符串，它等同于return operator[](size())。

end() - begin() 被明确定义为字符串长度的差异，因此end() 必须指向size() 的索引，以便合理实现来定义该算术。

在上面的标准摘录中，它声明operator[](pos) 等价于*(begin() + pos) 如果pos < size()。它确实没有说您可以取消引用begin() + size()，但您认为假设这应该被明确定义是否合理？或者更好的是，您是否知道一些使字符串迭代器不受约束的证明？

另外，是否可以证明任何i 的*(begin() + i) 等价于operator[](i)？

【问题讨论】：

取消引用 any 容器的 end() 迭代器是不合法的，包括 std::string。从逻辑上讲，end() 可以引用字符串的空终止符，C++11 要求它存在于内存中。但是end() 不需要引用内存中的 actual 空终止符。唯一的要求是operator[](size()) 引用“一个charT 类型的对象”，它可以很容易地定义在string 对象之外的静态char(0)，这很重要对于为空字符串存储 nullptr char* 指针的实现。这不会改变 end() 的行为方式。

@RemyLebeau 因此我对“理智”实现的注释。如果end() 指向远离字符串内存的静态值，则实现将需要在整个地方检查这种情况，以处理简单的事情，例如end() - 1，它应该指向字符串中的最后一个字符。我知道这对于任何容器通常都是非法的，但也许应该对字符串进行纠正？问题是是否已经有我找不到的证据。

我希望“理智”的实现使 end() 指向空终止符的地址，以保持简单。即使支持它的内存是有效的，这仍然不能使 end() 合法地取消引用。使std::string::end() 迭代器成为一种特殊情况，其行为与其他容器不同，只会使设计用于任何容器的算法复杂化。没有充分的理由永远取消引用 std::string::end() 迭代器。所以我认为标准中没有什么可以“纠正”的。

@RemyLebeau operator[](size()) 已经是字符串容器的特例，对于其他容器是非法的。 string 有一个特殊情况，你可以读完一个；为什么纠正标准以使end() 行为相同没有意义？

@RemyLebeau Until C++11, std::string was not required to include a trailing nul until you called c_str()。例如，Facebook 也实现了自己的 std::string，没有空终止符：The strange details of std::string at Facebook

【参考方案1】：

来自string.end()的定义：

返回：一个迭代器，它是 past-the-end 值。

从past-the-end的定义来看：

... 这样的值称为过去值。定义了表达式 *i 的迭代器 i 的值称为可解引用。库从不假定过去的值是可取消引用的。 ...

重点是我的，我猜想std::string 的任何例外都会在第一个链接中提及。既然不是，取消引用std::string.end() 是未定义的遗漏。

【讨论】：

我们可以说它是由遗漏定义的，因为似乎没有定义取消引用行为的子句

@M.M 我喜欢这个措辞，谢谢 :) 将其添加到答案中。

【参考方案2】：

在std::string 的情况下似乎应该是可能的，因为按理说它是一个空终止符，但它仍然是未定义的行为：

https://en.cppreference.com/w/cpp/string/basic_string/end

将迭代器返回到字符串最后一个字符之后的字符。此字符充当占位符，尝试访问它会导致未定义的行为。

在字符串库中，我找不到指向任一方向的引用，但是由于我们正在讨论迭代器，因此迭代器库定义：

©ISO/IECN4659 § 27.2.1 - 7

...对于任何迭代器类型，都有一个迭代器值指向对应序列的最后一个元素。这些值称为过去值...库从不假定过去值是可取消引用的...

【讨论】：

对于语言律师问题，最好引用标准，而不是非官方参考网站。

虽然众所周知，取消引用容器的尾端通常是非法的/未定义的，但我认为有趣的是该标准并未在此处明确说明这一点。它声明图书馆假设它是，即图书馆不会那样做。这是否排除了 std::string 具有有效的 end() 迭代器，与库的假设无关？

不，标准可以为std::string 设置一个例外，但它没有。此外，从不假设部分可能必须更改。

@cigien: "另外，从不假设部分可能必须更改。" 但是您可以将可取消引用的迭代器作为范围的结束迭代器传递，并且这个仍然是真的。它所描述的是禁止 库 将如何使用结束迭代器，而不是禁止结束迭代器实际上是什么。

@mukunda，肯定很有意思，但前提是肯定做不到，可能是发现iterators库里的引用就够了，不用在里面提了字符串库，从不假设部分为实现定义的行为打开了大门，这并不罕见。