为啥 ostream 为定义为 `volatile char[]` 的字符串打印 `1`？ [复制]

Posted 2023-02-21

【中文标题】为啥 ostream 为定义为 `volatile char[]` 的字符串打印 `1`？ [复制]

【英文标题】：Why does ostream prints `1` for a string defined as `volatile char[]`? [duplicate]为什么 ostream 为定义为 `volatile char[]` 的字符串打印 `1`？ [复制]

【发布时间】：2014-08-24 16:06:17

【问题描述】：

考虑这个（人工）示例：

#include <cstdio>
#include <iostream>

int main() 
  volatile char test[] = "abc";
  std::printf("%s\n", test);
  std::cout << test << "\n";

使用 GCC 编译并运行会得到以下输出：

$ g++ test.cc 
$ ./a.out 
abc
1

如您所见，printf 正确打印字符串，而 cout 打印 1。在这种情况下，为什么写信给cout 会产生1？

【问题讨论】：

volatile char[N] 匹配 bool 优于 const char *。实际上，它根本不匹配const char *。

@sharth 很好，我什至没有想过要找一个骗子。它们足够接近，可以很好地合并。

【参考方案1】：

std::basic_ostream::operator<< 仅具有 const char* 或 const void* 的重载，在这种情况下不匹配，因为您不能在没有强制转换的情况下丢弃 volatile 限定符，这在draft C++ standard 部分4.4 资格转换 其中说：

“指向 cv1 T 的指针”类型的纯右值可以转换为 如果“cv2 T”比“cv1 T”更符合 cv 条件，则输入“指向 cv2 T”的指针。

所以它使用的是bool 版本，因为它不是nullptr，所以结果是true。

如果您从 test 中删除 volatile 限定符，这将提供您期望的结果。几个答案建议使用 const_cast 删除 volatile 限定符，但这是未定义的行为。我们可以通过转到7.1.6.1 部分看到 cv-qualifiers 段落 6 说：

如果试图引用一个用 a 定义的对象 volatile 限定类型，通过使用带有 非 volatile 限定类型，程序行为未定义。

const_cast 在这种情况下会产生一个 prvalue 但取消引用该指针会产生一个 lvalue 这将调用未定义的行为。

【参考方案2】：

operator<< 唯一合适的重载是bool，因此数组被转换（通过指针）为bool，给出true，因为它的地址是非空的。除非您使用 std::boolalpha 操纵器，否则此输出为 1。

它不能使用 const char * 的重载来输出字符串，或者 const void * 的重载来输出指针值，因为这些转换需要删除 volatile 限定符。隐式指针转换可以添加限定符，但不能删除它们。

要输出字符串，你必须抛弃限定符：

std::cout << const_cast<const char*>(test) << "\n";

但请注意，这会产生未定义的行为，因为数组将被访问，就好像它不是易失的一样。

printf 是一个老式的可变参数函数，没有类型安全性。 %s 说明符使其将参数解释为 const char *，无论它实际上是什么。

【讨论】：

这在技术上合法吗？ operator<< 可以在字符串不是易失性的假设下进行优化吗？例如，它可能会使用strlen(s) 来决定分配多大的缓冲区，然后使用strcpy 复制到该缓冲区。

强制转换的答案具有未定义的行为：C++14[dcl.type.cv]p6 说“如果尝试通过使用来引用具有 volatile 限定类型定义的对象具有非易失性限定类型的泛左值，程序行为未定义。”您通常只能通过元素上的手写循环与 volatile 数组进行交互。

@JeffreyYasskin 我对此感到疑惑，但据我所知，const_cast 在这种情况下会产生prvalue，但我还没有详细考虑过。

@ShafikYaghmour：const_cast 确实产生了一个prvalue const char* 指向易失性数组的第一个元素（[expr.const.cast]）。但这仅仅意味着 pointer 是一个右值，而不是它指向的任何东西。取消引用该指针会产生一个引用该第一个元素 ([expr.unary.op]) 的左值，这会产生未定义的行为。

@RaymondChen：是的，你是对的，它会给出未定义的行为。我已添加警告。

【参考方案3】：

通过最少的网络搜索找到here 的答案：

简答：cout 将对象解释为 bool，因为 volatile 限定符。这是<< 运算符的重载怪癖。

长答案：在没有显式转换的情况下，无法将易失性指针转换为非易失性指针，因此在调用 << 运算符时，既不能使用 char* 也不能使用 void* 重载。没有 volatile 限定的重载，最接近的匹配是 bool 重载，因此您的数组被解释为布尔值而不是地址或字符串。

您可以通过多种方式修复它，但显式转换可能是您想要的：

std::cout<< (char*)test <<std::endl;

（我个人会投给const char*。）

【参考方案4】：

volatile 限定符将其转换为 bool，请尝试：

std::cout << const_cast<char*>(test) << "\n";

【讨论】：

此答案具有未定义的行为：C++14[dcl.type.cv]p6 表示“如果尝试通过使用具有非 volatile 限定类型的 glvalue，程序行为未定义。"

@JeffreyYasskin 猜这个变量相当...volatile！ ;)