调用std::string的c_str()方法时实际执行了哪些操作？

核心结论 #

C11及之后的标准已经明确第二种说法是合规要求，第一种仅存在于C11之前的少数过时实现中，当前所有主流STL实现都遵循第二种方案：

• string::c_str()的时间复杂度强制要求为O(1)，调用时不会进行内存分配、字符串拷贝操作，仅直接返回内部存储缓冲区的首地址
• 标准要求std::string内部默认维护末尾的'\0'空终止符，不需要调用c_str()时临时生成

补充疑问解答 #

A. 内部缓冲区是否需要始终保持空终止状态？ #

是，C++11起强制要求所有std::string对象内部始终保留空终止符：

• 即使是空字符串std::string demo_str;，内部也会分配至少1字节的空间存储'\0'，调用c_str()返回的指针指向这个合法的终止符，不会出现野指针
• 所有修改字符串的内置操作（拼接、截断、元素修改等）都会自动维护末尾的终止符，不需要开发者手动处理

B. std::string::substr()会自动给子串追加'\0'吗？ #

会。substr()返回的是独立的、符合标准要求的std::string对象，自然会遵循内部维护空终止符的规则，返回的子串末尾默认带有'\0'，直接对其调用c_str()即可拿到合法的空终止C风格字符串。

额外说明：C++11之后std::string::data()和c_str()的行为已经完全一致，都会返回带空终止符的缓冲区首地址，二者没有任何区别。主流STL实现都采用单缓冲区维护带终止符的内容，是效率最高的实现方案。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John