Question

我的问题类似于this，但有点具体。我正在编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中，这样的东西可以起作用：

#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;
}

但如果我尝试使用istream做类似的事情，我会遇到我认为未定义的行为

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;
}

在签名char的系统上是未定义的行为，并且没有两个补码且它不能表示数字-128，因此它不能代表256个不同的字符。在foo中，即使char已签名也会有效，因为C11标准（草案N1570）的第7.21.8.1节说明fread使用unsigned char而非char和{{1必须能够表示0到255范围内的所有值。

尝试读取数字unsigned char时，bar是否确实会导致未定义的行为？如果有，仍有使用0x80的解决方法？

编辑：我所指的未定义行为是由std::istream引入istream::read而不是从缓冲区转换为unsigned char。例如，如果它是符号+幅度机器并且char被签名则则0x80为负0，但是负0和正0必须始终根据标准进行比较。如果是这种情况，那么只有255个不同的签名字符，你不能用char表示一个字节。强制转换是有效的，因为在将签名转换为无符号时，它总是将buffer添加到负数（C ++ 11标准N3242草案的第4.7节）。

Answer 1

我想我有答案：bar不会导致未定义的行为。

在接受的question答案中，R ..说：

在非二进制补码系统上，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表示具有相同的值（+0和-0），或者一个表示没有值（陷阱表示）。在任何一种情况下，这都会阻止您对对象的表示执行最有意义的操作。例如，如果您有一个16位无符号整数0x80ff，则作为有符号字符的一个或另一个字节将陷阱或比较等于0。

请注意，在这样的实现（非二进制补码）上，需要将plain char定义为无符号类型，以便通过char访问对象的表示以使其正常工作。虽然没有明确的要求，但我认为这是从标准中的其他要求中得出的要求。

这似乎是这种情况，因为C ++ 11（草案N3242）第3.9节第2段说：

对于普通可复制类型T的任何对象（基类子对象除外），无论对象是否保持类型T的有效值，组成对象的基础字节（1.7）都可以复制到数组中char或unsigned char。如果将char或unsigned char数组的内容复制回对象，则该对象应随后保持其原始值。

如果char已签名且对某些值有多个对象表示（例如符号+幅度为0），那么如果将对象复制到char数组然后返回到对象中，则它可能不具有相同的值值后缀因为char数组可以更改为不同的对象表示。这与上面的引用相矛盾，因此如果机器的char具有相同值表示的多个对象表示，则signed char必须是无符号的（例如，在符号+值机器上，0x80和0x00都表示0）。这意味着bar是定义的行为，因为它是未定义行为的唯一情况将要求char被签名并且具有奇怪的表示，不符合标准的上述引用。

使用iostream read和signed char时的未定义行为

1 个答案: