使用右值引用构造string仍会引发内存拷贝吗？

测试代码 #

#include <iostream>
#include <string>
#include <string_view>
using namespace std;

int main() {
    string a = "abcdef";
    cout << (const int*)a.c_str() << endl;//0x64fe20
    string_view av{ a };
    cout << av << endl;//abcdef

    string b = std::move(a);
    cout << (const int*)b.c_str() << endl;//0x64fdf0
    cout << av << endl;// bcdef
}

可能的输出 #

0x64fe20
abcdef
0x64fdf0
 bcdef

问题描述 #

使用std::move(a)构造string b的核心目的是避免内存拷贝，但测试发现：a与b的内部字符串缓冲区地址不同，且原本指向a的string_view输出异常（变为" bcdef"）。由此疑惑是否发生了至少部分内存拷贝？C未保证缓冲区地址相同，但如何实现无拷贝的移动构造？测试环境为VS2022及GCC（版本遗忘），采用C20标准。

解答 #

1. 缓冲区地址不同的原因：小字符串优化（SSO）
   主流C++标准库的std::string都实现了小字符串优化——对于长度较短的字符串（不同编译器阈值不同，比如VS默认是15字节+终止符），会直接把字符存在std::string对象内部的缓冲区里，不会在堆上分配内存。这种情况下，移动构造std::string时，只能将原对象内部缓冲区的内容复制到新对象的内部缓冲区，因此两者的缓冲区地址必然不同。但这种拷贝是对象内部栈内存的拷贝，开销远小于堆内存拷贝，不属于我们要避免的“内存拷贝”范畴。

2. string_view输出异常的原因
   string_view本质是保存原字符串的字符指针和长度，不会持有内存所有权。当原std::string是SSO状态时，移动构造会复制内部缓冲区的内容到新对象，同时原对象的内部缓冲区可能会被修改（比如VS的实现会把原字符串的第一个字符置空），导致string_view指向的原缓冲区内容被破坏，从而输出异常。如果是堆上的长字符串，移动后原对象的堆指针会被置空，此时string_view会指向悬空内存，行为是未定义的，风险更高。

3. 实现无拷贝移动构造的场景
   当字符串长度超过SSO阈值时，std::string会在堆上分配内存存储字符。此时移动构造仅会将原对象的堆指针、长度、容量等成员变量转移给新对象，原对象的指针会被置空，完全不会拷贝堆上的字符数据，这就是真正的无拷贝移动。你可以用更长的字符串测试，比如：

   string a = string(20, 'x'); // 长度超过SSO阈值
   string b = std::move(a);
   cout << (const int*)a.c_str() << endl; // 原a的指针已置空，输出空地址或随机值
   cout << (const int*)b.c_str() << endl; // 地址与原a的初始地址相同
   

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zhang