能否将std::string_view作为std::ifstream/std::ofstream的文件名参数？

问题场景 #

以下代码无法编译：

auto example_function(std::string_view filename) {
    std::fstream ofile(filename, std::ios_base::out | std::ios_base::binary);
    std::fstream ifile(filename, std::ios_base::in | std::ios_base::binary);
}

编译时会抛出类似错误：

error: no matching function for call to ‘std::basic_fstream<char>::basic_fstream(std::string_view&, std::_Ios_Openmode)’
error: ‘class std::basic_string_view<char>’ has no member named ‘make_preferred’
= decltype(std::declval<_Path&>().make_preferred().filename())>

error: no matching function for call to ‘std::basic_fstream<char>::basic_fstream(std::string_view&, std::_Ios_Openmode)’
error: ‘class std::basic_string_view<char>’ has no member named ‘make_preferred’
= decltype(std::declval<_Path&>().make_preferred().filename())>

std::fstream的构造函数支持const char*和std::string&参数，但未提供std::string_view版本，以下是原因分析和解决方案：

为什么std::fstream不支持std::string_view？ #

1. 路径概念不匹配：std::fstream的路径构造依赖于标准库的Path概念，要求类型具备路径处理能力（比如错误信息中提到的make_preferred()这类路径规范化成员函数）。而std::string_view只是一段字符序列的视图，没有任何文件路径相关的语义和操作接口，不满足Path概念的要求。
2. 空终止安全问题：底层操作系统的文件API几乎都要求传入空终止的C字符串，但std::string_view并不保证其指向的字符序列末尾有空字符。如果直接支持string_view，会引入未定义行为的风险，标准库为了避免这种隐患，没有直接提供对应的构造重载。

可行的编译解决方案 #

方案1：安全转换为const char*（需保证空终止） #

如果你能确定std::string_view的来源是std::string或const char*（即指向的字符序列末尾一定有空字符），可以直接调用data()方法转换：

auto example_function(std::string_view filename) {
    std::fstream ofile(filename.data(), std::ios_base::out | std::ios_base::binary);
    std::fstream ifile(filename.data(), std::ios_base::in | std::ios_base::binary);
}

这种方式没有额外内存开销，但必须确保空终止的前提，否则会触发未定义行为。

方案2：转换为std::string（通用安全方案） #

如果无法保证空终止，最稳妥的方式是将string_view转换为std::string，虽然会产生一次内存拷贝和分配，但能确保安全性：

auto example_function(std::string_view filename) {
    std::string file_str(filename);
    std::fstream ofile(file_str, std::ios_base::out | std::ios_base::binary);
    std::fstream ifile(file_str, std::ios_base::in | std::ios_base::binary);
}

方案3：使用std::filesystem::path（C++20及以上） #

C++20引入的std::filesystem::path支持从std::string_view构造，且std::fstream接受path类型作为参数，这是兼顾安全和低开销的方案：

#include <filesystem>

auto example_function(std::string_view filename) {
    std::filesystem::path file_path(filename);
    std::fstream ofile(file_path, std::ios_base::out | std::ios_base::binary);
    std::fstream ifile(file_path, std::ios_base::in | std::ios_base::binary);
}

path会正确处理string_view的字符序列，同时适配不同操作系统的路径规则，没有额外的不必要拷贝。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user2138149