C++11默认构造std::string的c_str()相关断言是否恒成立

std::string s1;
std::string s2;
assert(strlen(s1.c_str()) == 0);
assert(s1.c_str() == s2.c_str());

结论 #

两个断言并非在所有合规C++11编译器下都成立：

• 第一个断言strlen(s1.c_str()) == 0始终成立
• 第二个断言s1.c_str() == s2.c_str()不保证成立，属于实现相关行为，不能跨编译器依赖

对应疑问解答 #

1. 关于c_str()的空终止要求
   C++11标准中c_str()和data()的返回规则完全一致。你查到的“返回指针可执行加0操作、访问偏移0位置”的描述，结合basic_string的约束，等价于强制要求返回的字符缓冲区必须在偏移等于size()的位置存储'\0'字符，且该位置的内存访问是合法的。
   对于默认构造的空std::string，size()固定返回0，也就是说返回指针指向的第一个字符就是终止符'\0'，strlen遍历到该位置就会停止计数，返回值必然为0，因此第一个断言不存在失效可能。

2. 关于默认构造空串的缓冲区共享
   C++11标准从未要求不同的默认构造std::string必须共享同一块底层缓冲区：

   • GCC的libstdc++出于性能考虑，对空串做了特殊优化，所有空串的c_str()都指向同一个静态存储的只读'\0'字符，因此你在GCC环境下测试第二个断言会通过，但这只是具体实现的选择，不是标准强制要求。
   • 其他合规实现完全可以选择不做这个优化：比如部分STL实现会为每个空string分配独立的极小缓冲区，或是在调试模式下为每个对象分配独立内存检测越界，这种情况下两个空串的c_str()返回地址就会不同，第二个断言会直接失败。
     标准仅要求c_str()返回的指针指向合法的、带空终止的字符缓冲区，对不同对象返回的指针地址是否相等没有任何约束，因此绝对不能在可移植代码中依赖第二个断言的行为。

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