17-11 C 风格字符串符号常量

在上节课（17.10 -- C 风格字符串）中，我们讨论了如何创建和初始化 C 风格字符串对象：

#include <iostream>

int main()
{
    char name[]{ "Alex" }; // C-style string
    std::cout << name << '\n';

    return 0;
}

C++支持两种不同的方式来创建C风格字符串符号常量：

#include <iostream>

int main()
{
    const char name[] { "Alex" };        // case 1: const C-style string initialized with C-style string literal
    const char* const color{ "Orange" }; // case 2: const pointer to C-style string literal

    std::cout << name << ' ' << color << '\n';

    return 0;
}

这将输出：

虽然上述两种方法产生相同的结果，但C++对内存分配的处理略有不同。

在情况1中，“Alex”被存入某个（可能是只读的）内存位置。随后程序为长度为5的C风格数组分配内存（四个显式字符加空终止符），并将字符串“Alex”初始化到该内存区域。最终形成两个“Alex”副本——一个位于全局内存某处，另一个由name持有。由于name是const类型（且永不修改），创建副本效率低下。

在情况2中，编译器的处理方式取决于具体实现。通常编译器会将字符串“Orange”存入某个只读内存区域，再用该字符串的地址初始化指针。

出于优化目的，多个字符串常量可能被合并为单一值。例如：

const char* name1{ "Alex" };
const char* name2{ "Alex" };

这两个字符串常量具有相同的值。由于它们是常量，编译器可能会选择将它们合并为一个共享的字符串常量以节省内存，使得 name1 和 name2 都指向相同的地址。

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使用常量C风格字符串进行类型推断

使用C风格字符串字面量进行类型推断相当直接：

auto s1{ "Alex" };  // type deduced as const char*
auto* s2{ "Alex" }; // type deduced as const char*
auto& s3{ "Alex" }; // type deduced as const char(&)[5]

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输出指针和C风格字符串

你可能注意到std::cout处理不同类型指针的方式存在一个有趣现象。

请看以下示例：

#include <iostream>

int main()
{
    int narr[]{ 9, 7, 5, 3, 1 };
    char carr[]{ "Hello!" };
    const char* ptr{ "Alex" };

    std::cout << narr << '\n'; // narr will decay to type int*
    std::cout << carr << '\n'; // carr will decay to type char*
    std::cout << ptr << '\n'; // name is already type char*

    return 0;
}

在作者的机器上，这段代码输出如下：

为什么整型数组输出的是地址，而字符数组输出的是字符串？

答案在于输出流（如 std::cout）会对你的意图做出某些假设。若传递非字符指针，它会直接输出该指针的内容（即指针所指向的地址）。然而，若传递的是 char* 或 const char* 类型的对象，输出流会默认你意图打印字符串。因此它不会输出指针值（地址），而是输出被指向的字符串内容！

虽然这种行为在多数情况下符合预期，但也可能导致意外结果。请考虑以下情况：

#include <iostream>

int main()
{
    char c{ 'Q' };
    std::cout << &c;

    return 0;
}

在此情况下，程序员本意是打印变量 c 的地址。然而 &c 的类型为 char*，因此 std::cout 试图将其作为字符串输出！由于 c 未以空字符终止，导致出现未定义行为。

在作者的机器上，这段代码输出：

为什么会这样？首先，它将&c（类型为char*）视为C风格字符串。因此它先输出‘Q’，然后继续执行。内存中接下来是一堆乱码。最终，它遇到存储0值的内存区域，将其解释为空终止符，于是停止了输出。你看到的输出可能因变量c之后的内存内容而不同。

这种情况在实际应用中不太可能发生（毕竟你通常不会想打印内存地址），但它生动地展示了底层机制如何运作，以及程序如何因疏忽而偏离正轨。

若你确实需要打印字符指针的地址，请将其静态转换为 const void* 类型：

#include <iostream>

int main()
{
    const char* ptr{ "Alex" };

    std::cout << ptr << '\n';                           // print ptr as C-style string
    std::cout << static_cast<const void*>(ptr) << '\n'; // print address held by ptr

    return 0;
}

相关内容:
我们在第19.5节——空指针中讲解了void*。在此处使用它时无需了解其工作原理。

优先使用 std::string_view 替代 C 风格字符串符号常量

在现代 C++ 中使用 C 风格字符串符号常量的理由已不充分。建议改用 constexpr std::string_view 对象，其运行速度通常相当（甚至更快），且行为更一致。

最佳实践:
避免使用 C 风格字符串符号常量，优先采用 constexpr std::string_view。