为什么 std::(i)ostream 将有符号/无符号字符视为文本而不是整数

Question

这段代码没有做它应该做的事情：

#include <iostream>
#include <cstdint>
int main()
{
    uint8_t small_integer;
    std::cin >> small_integer;
    std::cout << small_integer;
}

原因很简单：uint8_t 是 unsigned char 的 typedef，流将此类型视为文本：
视觉C++ 2015 实施

template<class _Traits> inline
    basic_istream<char, _Traits>& operator>>(
        basic_istream<char, _Traits>& _Istr, unsigned char& _Ch)
    {    // extract an unsigned char
    return (_Istr >> (char&)_Ch);
    }

以及一个类似的代码，用于operator <<的 cast to char.

我的问题：

1. 标准是否需要此行为（流式处理运算符将有符号/无符号字符视为字符类型而不是整数）？如果是，则：
   2. 这种违反直觉的语义背后的理由是什么？
   3. 这是否应被视为缺陷，是否有更改此语义的建议？

我可能应该补充一点解释，为什么我认为这是违反直觉的。尽管类型名称包含单词 char，但 signed 或 unsigned 部分指定特定的整数语义，这些类型通常用作字节大小的整数。甚至标准也通过它们定义了int8_t/uint8_t。

UPD：问题是关于unsigned char和signed char的流运营商重载的行为。

Answer 1

标准 （n3797） 如下所述：

27.7.2.2.3 basic_istream：：运算符>>

template<class charT, class traits> 
basic_istream<charT,traits>& operator>>(basic_istream<charT,traits>& in, charT& c);
template<class traits> 
basic_istream<char,traits>& operator>>(basic_istream<char,traits>& in, unsigned char& c);
template<class traits> 
basic_istream<char,traits>& operator>>(basic_istream<char,traits>& in, signed char& c);

12 效果：行为类似于 in 的格式化输入成员（如 27.7.2.2.1 中所述）。构造哨兵对象后，将从 in 中提取一个字符（如果有），并将其存储在 c 中。否则，函数将调用 in.setstate（failbit）。

27.7.3.6.4 字符插入器功能模板

// specialization 
template<class traits> 
basic_ostream<char,traits>& operator<<(basic_ostream<char,traits>& out, char c); 
// signed and unsigned 
template<class traits> 
basic_ostream<char,traits>& operator<<(basic_ostream<char,traits>& out, signed char c); 
template<class traits> 
basic_ostream<char,traits>& operator<<(basic_ostream<char,traits>& out, unsigned char c); 

1

效果：表现为输出的格式化输出函数 （ 27.7.3.6.1）。构造字符序列序列。如果 c 具有类型 char 并且流的字符类型不是 char，则 seq 由 out.widen（c） 组成;否则 seq 由 c 组成。确定 seq 的填充，如 27.7.3.6.1 中所述。将顺序插入到输出中。调用 os.width（0）。

所以第一个问题的答案：是的，标准要求operator >>和operator <<的行为完全相同 char 、 unsigned char 和 signed char ，即它们读取/写入单个字符，而不是整数。不幸的是，标准没有解释原因。我希望有人能阐明 2 和 3。

Answer 2

1. 标准是否要求此行为？如果是，则：

你已经回答了这个问题。是的，该标准定义了 iostream 应如何处理有符号和无符号字符。

2. 这种违反直觉的语义背后的理由是什么？

因为signed char和unsigned char是字符类型，所以它们总是被iostreams类视为字符。

线索在名称中：signed char是有符号的字符类型。 unsigned char是无符号字符类型。 其他整型在其名称中具有int（即使有时是可选的，例如 short 和 long unsigned 分别与 short int 和 long unsigned int 相同）。

标准不需要说明为什么这是真的，因为它不是设计文档或 C 和 C++ 历史的基本原理，而是一个规范。

如果你想要一个行为类似于只有 8 位的整数的类型，那么你需要创建自己的类型（例如，使用枚举类型或保存值的结构）并定义相关的运算符重载。

3. 这是否应被视为缺陷，是否有更改此语义的建议？

不，我不这么认为。它们一直是字符类型，更改它会导致太多代码。