C++ 文件 IO：读取和写入 16 位字

Posted 2023-02-14

【中文标题】C++ 文件 IO：读取和写入 16 位字

【英文标题】：C++ File IO: Reading and Writing 16-bit Words

【发布时间】：2012-09-30 04:21:03

【问题描述】：

我想将非 Unicode 的 16 位字写入文件，稍后再读回。我知道通过一点字节操作，我可以在char 模式下使用fstream::read() 和fstream::write() 做到这一点。我需要做什么才能直接使用 16 位字？

例如，我似乎应该能够做到以下几点：

 basic_ofstream<uint16_t> aw;
 aw.open("test.bin", ios::binary);
 uint16_t c[] = 0x55aa, 0x1188;
 aw.write(c, 2);
 aw.close();

 basic_ifstream<uint16_t> ax;
 ax.open("test.bin", ios::binary);
 uint16_t ui[2];
 ax.read(ui, 2);
 ax.close();
 cout << endl << hex << unsigned(ui[0]) << " " << unsigned(ui[1]) << endl;

gcc 4.4 输出：

d 0

VC++10 输出：

CCCC CCCC

我也尝试过直接使用std::basic_filebuf<uint16_t> 并得到了相同的结果。为什么？

【问题讨论】：

好吧，你读和写的数量不同。我不认为这就是你看到 Cs 的原因，但你必须在某个时候修复它

@Wug，这是一个剪切和粘贴错误。会修复的。

“类模板 basic_filebuf 将文件视为字节的源或接收器” -- §27.9.1[fstreams]/3

【参考方案1】：

我真的很惊讶您将流实例化以进行任何读取！结果可能是实现定义的（即，您可能会发现编译器文档中描述的行为）但可能只是没有指定（尽管不是完全未定义）。我认为流类不需要立即支持 char 和 wchar_t 以外的其他类型的实例化，即，无需用户提供至少一些方面。

标准流类是字符类型的模板，但对于任何不受支持的类型都不容易实例化。至少，您需要实现一个合适的std::codecvt<int16_t, char, std::mbstate_t> facet 在字节的外部表示和内部表示之间进行转换。从外观上看，您尝试的两个系统对其默认实现做出了不同的选择。

std::codecvt<internT, externT, stateT> 是用于在字符的外部表示和字符的内部表示之间进行转换的构面。流只需要支持char，它被认为将字节表示为外部类型externT。内部字符类型internT 可以是任何整数类型，但转换需要通过实现代码转换方面来定义。如果我没记错的话，流也可以假设状态类型stateT 是std::mbstate_t（这实际上有点问题，因为没有为这种类型定义接口！）。

除非您真的致力于为您的字符类型uint16_t 创建 I/O 流，否则您可能希望使用 std::ifstream 读取字节并将它们转换为您的字符类型。写字符也是如此。要真正创建一个也支持格式化的 I/O 流，您还需要许多其他方面（例如，std::ctype<uint16_t>、std::num_punct<uint16_t>）并且您需要构建一个 std::locale 来包含所有这些加上一些可以从标准库的实现中实例化的东西（例如，std::num_get<uint16_t> 和std::num_put<uint16_t>；我认为它们的迭代器类型适合默认）。

【参考方案2】：

当我尝试你的代码时，文件被写入，但里面什么都没有，关闭后它的大小为 0。从该文件读取时，无法读取任何内容。您在输出中看到的是未初始化的垃圾。

除了使用带有默认字符的 ofstream/ifstream 之外，您不一定要依赖 read() 和 write() 方法，因为它们不会表明它们是否真的写了任何东西。有关详细信息，请参阅http://en.cppreference.com/w/cpp/io/basic_ostream/write。尤其是这很有趣：

这个函数是一个未格式化的输出函数：它开始执行 构造一个哨兵类型的对象，它刷新 tie()'d 如有必要，输出缓冲区并检查流错误。后 构造，如果哨兵对象返回false，函数返回 不尝试任何输出。

很可能这就是为什么没有将输出写入您的文件的原因，因为它似乎不是为使用除 char 或类似类型之外的任何其他类型而设计的。

更新：要查看写入/读取是否成功，请检查应该已经表明出现问题的失败或坏位。

cout << aw.fail() << aw.bad() << "\n";
cout << ax.fail() << ax.bad() << "\n";

两者都设置为 true，所以你真正的问题应该是：为什么对 write() 的调用失败了？

【参考方案3】：

我建议阅读：http://www.cplusplus.com/articles/DzywvCM9/

片段：

“这些类型的问题在于它们的大小没有很好地定义。 int 在一台机器上可能是 8 个字节，但在另一台机器上只有 4 个字节。这 只有一个一致的是 char... 保证始终是 1 个字节。”

u16 ReadU16(istream& file)

  u16 val;
  u8 bytes[2];

  file.read( (char*)bytes, 2 );  // read 2 bytes from the file
  val = bytes[0] | (bytes[1] << 8);  // construct the 16-bit value from those bytes

  return val;


void WriteU16(ostream& file, u16 val)

  u8 bytes[2];

  // extract the individual bytes from our value
  bytes[0] = (val) & 0xFF;  // low byte
  bytes[1] = (val >> 8) & 0xFF;  // high byte

  // write those bytes to the file
  file.write( (char*)bytes, 2 );

您可能还想刷新“typedef”关键字，以定义保证的-#-bits 类型。虽然学习曲线多一点，但 Boost 和 C99 编译器也定义了有保证的大小类型。我不确定 X++0x，但它太新，无法移植。

【讨论】：

FWIW，char 可能是一个字节，但这并不意味着 8 位。例如TI 定点 DSP 有 16 位 char sizeof(int)=sizeof(short)=sizeof(char)=1 )

aw.write(reinterpret_cast(c), sizeof c); //?

这是真的，而且完全不重要，直到一些程序员忘记并假设他的平台字节是每个人的。看这个问题的读者可能会注意到limit.h（C++ 中的climit）定义了CHAR_BIT 中的# bytes per bit。

【参考方案4】：

您可以使用 char 特化和 reinterpret_cast：

basic_ofstream<char> aw;
...
aw.write( reinterpret_cast<const char*>(i16buf), n2write*sizeof(int16_t) );

basic_ifstream<char> ax;
...
ax.read( reinterpret_cast<char*>(i16buf), n2read*sizeof(int16_t) );

“sizeof(int16_t)”适用于 sizeof(int16_t)==1 的边缘情况（例如 DSP 处理器）

当然，如果您需要以特定的字节顺序读取/写入，那么您需要字节序转换函数。请注意，没有确定字节顺序的标准编译时方法。