可以利用 std::basic_string 来实现具有长度限制的字符串吗？

Question

我正在使用一个低级 API，它接受 char* 和数值来分别表示字符串及其长度。我的代码使用 std::basic_string 并通过适当的转换调用这些方法。不幸的是，其中许多方法接受不同大小的字符串长度（即 max(unsigned char)、max(short) 等...），而我一直在写代码以确保我的字符串实例不超过低级 API 规定的最大长度。

默认情况下，std::basic_string 实例的最大长度受 size_t 的最大值（max(unsigned int) 或最大（__int64））。有没有办法操纵 std::basic_string 实现的特征和分配器实现，以便我可以指定自己的类型来代替 size_t ？通过这样做，我希望利用 std::basic_string 实现中的任何现有边界检查，这样我在执行翻译时就不必这样做。

我的初步调查表明，如果不编写自己的字符串类，这是不可能的，但我希望我忽略了一些东西:)

Answer 1

您可以将自定义分配器传递给 std::basic_string ，它的最大大小为您想要的任何值。这应该足够了。也许是这样的：

template <class T>
class my_allocator {
public:
    typedef T              value_type;

    typedef std::size_t    size_type;
    typedef std::ptrdiff_t difference_type;
    typedef T*             pointer;
    typedef const T*       const_pointer;
    typedef T&             reference;
    typedef const T&       const_reference;

    pointer address(reference r) const             { return &r; }
    const_pointer address(const_reference r) const { return &r; }

    my_allocator() throw() {}

    template <class U>
    my_allocator(const my_allocator<U>&) throw() {}

    ~my_allocator() throw() {}

    pointer allocate(size_type n, void * = 0) {
        // fail if we try to allocate too much
        if((n * sizeof(T))> max_size()) { throw std::bad_alloc(); }
        return static_cast<T *>(::operator new(n * sizeof(T)));
    }

    void deallocate(pointer p, size_type) {
        return ::operator delete(p);
    }

    void construct(pointer p, const T& val) { new(p) T(val); }
    void destroy(pointer p)                 { p->~T(); }

    // max out at about 64k
    size_type max_size() const throw() { return 0xffff; }

    template <class U>
    struct rebind { typedef my_allocator<U> other; };

    template <class U>
    my_allocator& operator=(const my_allocator<U> &rhs) {
        (void)rhs;
        return *this;
    }
};

那么你可以这样做：

typedef std::basic_string<char, std::char_traits<char>, my_allocator<char> > limited_string;

编辑：我刚刚做了一个测试，以确保它按预期工作。下面的代码对其进行测试。

int main() {
    limited_string s;
    s = "AAAA";
    s += s;
    s += s;
    s += s;
    s += s;
    s += s;
    s += s;
    s += s; // 512 chars...
    s += s;
    s += s;
    s += s;
    s += s;
    s += s;
    s += s; // 32768 chars...
    s += s; // this will throw std::bad_alloc

    std::cout << s.max_size() << std::endl;
    std::cout << s.size() << std::endl;
}

最后一个 s += s 会将其放在顶部并导致 std::bad_alloc 异常（因为我的限制仅低于 64k）。不幸的是，gcc 的 std::basic_string::max_size() 实现并不将其结果基于您使用的分配器，因此它仍然声称能够分配更多。 （我不确定这是否是一个错误......）。

但这肯定会让您以简单的方式对字符串的大小施加硬性限制。您甚至可以将最大大小设置为模板参数，这样您只需为分配器编写一次代码。

Answer 2

我同意 Evan Teran 的解决方案。这只是他的解决方案的修改：

template <typename Type, typename std::allocator<Type>::size_type maxSize>
struct myalloc : std::allocator<Type>
{
    // hide std::allocator[ max_size() & allocate(...) ]

    std::allocator<Type>::size_type max_size() const throw()
    {
        return maxSize;
    }
    std::allocator<Type>::pointer allocate
        (std::allocator<Type>::size_type n, void * = 0)
    {
        // fail if we try to allocate too much
        if((n * sizeof(Type))> max_size()) { throw std::bad_alloc(); }
        return static_cast<Type *>(::operator new(n * sizeof(Type)));
    }
};

请注意，您根本不应该在 myalloc 中使用多态性。所以这是灾难性的：

// std::allocator doesn't have a virtual destructor
std::allocator<char>* alloc = new myalloc<char>;

你只需使用它就好像它是一个单独的类型一样，在以下情况下它是安全的：

myalloc<char, 1024> alloc; // max size == 1024

Answer 3

你不能创建一个以 std::string 作为父类并覆盖 c_str() 的类吗？
或者定义您自己的 c_str16()、c_str32() 等并在那里实现翻译？