使用iostream读取和签名字符时未定义的行为
我的问题与此类似，但更具体一点。 我正在写一个函数来读取使用little endian表示的istream中的32位无符号整数。 在C这样的事情会工作：
#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>
uint_least32_t foo(FILE* file)
{
unsigned char buffer[4];
fread(buffer, sizeof(buffer), 1, file);
uint_least32_t ret = buffer[0];
ret |= (uint_least32_t) buffer[1] << 8;
ret |= (uint_least32_t) buffer[2] << 16;
ret |= (uint_least32_t) buffer[3] << 24;
return ret;
}
但是如果我尝试用istream做类似的事情，我会遇到我认为是未定义的行为
uint_least32_t bar(istream& file)
{
char buffer[4];
file.read(buffer, sizeof(buffer));
// The casts to unsigned char are to prevent sign extension on systems where
// char is signed.
uint_least32_t ret = (unsigned char) buffer[0];
ret |= (uint_least32_t) (unsigned char) buffer[1] << 8;
ret |= (uint_least32_t) (unsigned char) buffer[2] << 16;
ret |= (uint_least32_t) (unsigned char) buffer[3] << 24;
return ret;
}
在char被签名并且没有二进制补码的系统上是未定义的行为，并且它不能表示数字-128，因此它不能表示256个不同的字符。 在foo ，即使char被签名，它也会工作，因为C11标准（草案N1570）的7.21.8.1节说fread使用unsigned char而不是char而unsigned char必须能够表示范围在0到255之间的所有值。
尝试读取数字0x80时， bar是否真的会导致未定义的行为，如果有的话是否仍有使用std::istream的解决方法？
编辑：我所指的未定义行为是由istream::read入buffer而不是从缓冲区转换为unsigned char字符造成的。 例如，如果它是一个符号+幅度机器，并且字符有符号，则0x80为负0，但负0和正0必须始终按照标准相等。 如果是这种情况，那么只有255个不同的符号字符，并且不能用char表示一个字节。 这些强制转换将会起作用，因为当将符号强制转换为无符号时，它总是会将UCHAR_MAX + 1加到负数（草案C ++ 11标准N3242的4.7节）中。
我想我有答案： bar不会导致未定义的行为。
在这个问题的接受答案中，R ..说：
在非二进制补码系统中，signed char不适合访问对象的表示。 这是因为有两个可能的带符号的char表达式具有相同的值（+0和-0），或者一个表达式没有值（陷阱表示）。 在这两种情况下，这都会阻止你做对于对象表示可能做的最有意义的事情。 例如，如果您有16位无符号整数0x80ff，则其中一个或另一个字节（作为有符号字符）将陷入或比较等于0。
请注意，在这样的实现（非二进制补码）中，plain char需要被定义为无符号类型，以通过char访问对象的表示以正确工作。 虽然没有明确的要求，但我认为这是来自标准中其他要求的要求。
这似乎是这种情况，因为C ++ 11的3.9节第2段（草案N3242）说：
对于一般可复制类型T的任何对象（基类子对象除外），无论对象是否保存T类型的有效值，构成对象的基础字节（1.7）都可以复制到char或无符号字符。 如果将char或unsigned char数组的内容复制回对象中，则该对象将随后保持其原始值。
如果char被签名并且具有多个对象表示（例如符号+数量级为0），那么如果对象被复制到char数组，然后返回到对象中，它可能没有相同的后缀值，因为char数组可能更改为不同的对象表示。 这与上面的引用相矛盾，所以如果机器的signed char具有多个对象表示（例如在符号+值机器上，0x80和0x00都表示0），那么char必须是无符号的。 这意味着bar是定义的行为，因为唯一的情况是未定义的行为将要求char被签名并且具有奇数表示，不会满足标准的上述引用。
上一篇: Undefined behaviour when using iostream read and signed char