为啥 ostream::write() 在 C++ 中需要“const char_type*”而不是“const void*”？

Posted 2023-02-18

【中文标题】为啥 ostream::write() 在 C++ 中需要“const char_type*”而不是“const void*”？

【英文标题】：Why does ostream::write() require ‘const char_type*’ instead of ‘const void*’ in C++?为什么 ostream::write() 在 C++ 中需要“const char_type*”而不是“const void*”？

【发布时间】：2015-04-17 23:02:18

【问题描述】：

C 中的fwrite() 函数使用const void *restrict buffer 作为第一个参数，因此您可以直接将指向struct 的指针作为第一个参数传递。http://en.cppreference.com/w/c/io/fwrite 例如fwrite(&someStruct, sizeof(someStruct), 1, file);

但在 C++ 中，ostream::write() 需要 const char_type*，这迫使您使用 reinterpret_cast。 （在 Visual Studio 2013 中，它是 const char*。）http://en.cppreference.com/w/cpp/io/basic_ostream/write 例如file.write(reinterpret_cast<char*>(&someStruct), sizeof(someStruct));

几乎在所有情况下，要写入文件的二进制数据都不是char 数组，那么为什么标准更喜欢看起来更复杂的样式呢？

附言 1、其实我在ofstream和ios::binary模式下使用了write()方法，但是根据参考，它继承了ofstream。所以我在上面使用ostream::write()。 2. 如果要打印字符流，可以使用operator<<()。 write() 方法不是专为写入原始数据设计的吗？ 3.如果write()不是写入二进制数据的方式，那么标准内的方式是什么？ （尽管由于不同平台上的各种内存对齐策略，这可能会影响代码的可移植性）

【问题讨论】：

因为这使得强制转换显式，并要求程序员考虑一下将他的（二进制）结构转换为字符序列会如何影响可移植性？ （这是我的猜测，因此是评论而不是答案。）

你在问为什么一个字符流表现得像一个字符流？因为它是一个字符流，所以无论您是否想（ab）通过将其他类型的原始字节写入其中来使用它。

您可以写入文件的任何内容是 char 数组。

@DevSolar 问题是如果你有一个unsigned char 数组——一种用于保存二进制数据的类型，你不能在没有reinterpret_cast 的情况下将它写入fstream。而 clang-tidy 和其他 linters 会为此咬牙切齿。

【参考方案1】：

char_type不完全是char *，它是流的模板参数，代表流的字符类型：

template<typename _CharT, typename _Traits>
class basic_ostream : virtual public basic_ios<_CharT, _Traits>

public:
    // Types (inherited from basic_ios):
    typedef _CharT                  char_type;
    <...>

而std::ostream 只是 char 实例化：

typedef basic_ostream<char> ostream;

【讨论】：

这能回答问题吗？

@MarcvanLeeuwen 我认为它比基于意见的答案要好，即使结论留给读者作为练习

但是为什么要取模板参数呢？为什么不用void* 或一些RawDataPointer 类型？我对这个设计还是有些怀疑的……

这可能有点离题，但unsigned char* 不是更好地代表一个原始数据块吗？

【参考方案2】：

将此描述为 C 与 C++ 的事情是误导性的。 C++ 提供 std::fwrite(const void*, ...) 就像 C 一样。C++ 选择更具防御性的地方特别是 std::iostream 版本。

“几乎在所有情况下要写入文件的二进制数据都不是字符数组”

这是有争议的。在 C++ 中，在 I/O 中添加间接级别并不少见，因此对象被流式传输或序列化为方便的 - 并且可能是可移植的（例如，字节序标准化，没有或带有标准化结构填充） - 表示，然后反序列化/重读时解析。该逻辑通常与所涉及的各个对象一起本地化，这样***对象不需要知道其成员的内存布局的详细信息。序列化和流式传输往往在字节级别被考虑/缓冲等 - 更适合字符缓冲区，read() 和 write() 返回当前可以传输的许多字符 - 再次在字符而不是对象级别 - 所以假装不是很有效率，否则恢复部分成功的 I/O 操作会一团糟。

天真地完成原始二进制写入/读取有点危险，因为它们不处理这些问题，所以这些函数的使用稍微困难一点可能是一件好事，reinterpret_cast<> 有点代码味道/警告。

也就是说，C++ 使用 char* 的一个不幸方面是它可能会鼓励一些程序员首先读取字符数组，然后使用不适当的强制转换来动态“重新解释”数据 - 就像 @987654330 @ 以可能未适当对齐的方式瞄准字符缓冲区。

如果要打印字符流，可以使用operator<<()。 write() 方法不是专为写原始数据设计的吗？

使用operator<<() 打印字符流是有问题的，因为唯一相关的重载需要const char* 并期望'\0'/NUL 终止的缓冲区。如果您想在输出中打印一个或多个 NUL，这将变得毫无用处。此外，当从较长的字符缓冲区开始时，operator<< 通常会显得笨拙、冗长且容易出错，需要在流中交换NUL，并且有时会是一个重要的性能和/或内存使用问题，例如当写一些 - 但不是结尾 - 长字符串文字时，您不能将 NUL 交换到其中，或者当字符缓冲区可能正在从不应该看到 NUL 的其他线程读取时。

提供的std::ostream::write(p, n) 函数避免了这些问题，让您可以准确指定要打印的数量。

【讨论】：

谢谢~也许我应该用“原始数据”来代替“二进制数据”，因为计算机中的所有数据都是二进制的……写原始数据确实是跨平台应用程序的危险行为.但是对于更注重效率而不是可移植性的嵌入式系统上的应用程序，这可能是一种有用的方法:)

@Mr.Ree：当然 - 函数是要被调用的 - 对于 class/struct 类型来说，这样做稍微困难一些，需要那个演员表。关于危险 - 如果存在虚函数、指针数据成员等，即使在嵌入式系统上也会遇到麻烦，但 C++ 提供了traits，您可以轻松地通过assert 确保您的struct 数据对@ 来说是安全的987654343@/write作为二进制块....

@Mr.Ree：在我的回答中附加了对您的另一个问题的回答。干杯。

我同意你写的。但是，Java 有 3 层不同的类用于从文件中读取文本（流、读取器和缓冲读取器）。我不是为他们的设计决定辩护，但这也表明当前的std::iostream 在一个巨大的结构中实现了不同的职责。 Stroustrup 本人通常鼓励使用 std:: 对象，因为它们的 RAII 行为。因此，对于字节流标准中的当前流类，应该有一个更好的替代方案，而不是fwrite。

@zahir：从一个角度来看，我同意你的观点，它“打勾”，从另一个角度来看，对于新开发人员来说，拥有一组额外的流类似乎过度、冗长和令人困惑，而这些流类的不同之处在于拥有read 和/或 write 函数采用 void* 而不是 char* - 标准已经足够长了。想要它的用户可以轻而易举地自己动手。已经支持缓冲变体 - 请参阅 .rdbuf()。

【参考方案3】：

雷，

在 cplusplus.com 网站上，ostream::write 的签名是：

ostream& write (const char* s, streamsize n);

我刚刚在VS2013上查过，你可以轻松写：

std::ofstream outfile("new.txt", std::ofstream::binary);
char buffer[] = "This is a string";
outfile.write(buffer, strlen(buffer));

【讨论】：

问题不在于写 char 字符串。

【参考方案4】：

在 C/C++ 中，char 是表示字节的数据类型，因此char[] 是二进制数据的自然数据类型。

我认为，您的问题更好地针对 C/C++ 并非旨在为“字节”和“字符”提供不同数据类型这一事实，而不是针对流库的设计。

【讨论】：

谈论想象中的语言“C/C++”通常没有帮助，尤其是在检查 C 和 C++ 之间的差异时。

我不同意char[] 是二进制数据的自然类型。 C 和 C++ 在处理负值方面都有混乱的特性。使用unsigned char 处理二进制数据要容易得多。

@Matt：如果我将字节视为数字类型或位集合而不是不透明的东西，我通常也更喜欢unsigned char，但我认为不值得带来在这种情况下。顺便说一句，如果您想将字节视为有符号数字类型，char 仍然不合适，因为它的实现定义了 char 是有符号还是无符号类型！