为什么 cout 在这段代码中打印“2 + 3 = 15”？

Question

为什么下面程序的输出是这样的？

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){

    cout << "2+3 = " <<
    cout << 2 + 3 << endl;
}

生产

2+3 = 15

而不是预期的

2+3 = 5

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这个问题已经经历了多次关闭/重新打开循环。

在投票结束之前，请考虑this meta discussion 关于此问题。

Answer 1

无论是有意还是无意，您在第一行输出的末尾都有<<，您可能指的是;。所以你基本上有

cout << "2+3 = ";  // this, of course, prints "2+3 = "
cout << cout;      // this prints "1"
cout << 2 + 3;     // this prints "5"
cout << endl;      // this finishes the line

所以问题归结为：为什么cout << cout; 打印"1"？

事实证明，这可能令人惊讶地微妙。 std::cout，通过其基类std::basic_ios，提供a certain type conversion operator，旨在用于布尔上下文，如

while (cout) { PrintSomething(cout); }

这是一个非常糟糕的例子，因为很难让输出失败 - 但std::basic_ios 实际上是输入和输出流的基类，对于输入来说它更有意义：

int value;
while (cin >> value) { DoSomethingWith(value); }

（在流结束时退出循环，或者当流字符不形成有效整数时）。

现在，此转换运算符的确切定义在 C++03 和 C++11 版本的标准之间发生了变化。在旧版本中，它是operator void*() const;（通常实现为return fail() ? NULL : this;），而在新版本中它是explicit operator bool() const;（通常简单实现为return !fail();）。两种声明在布尔上下文中都可以正常工作，但在这种上下文之外（错误）使用时表现不同。

特别是，在 C++03 规则下，cout << cout 将被解释为cout << cout.operator void*() 并打印一些地址。在 C++11 规则下，cout << cout 根本不应该编译，因为运算符被声明为explicit，因此不能参与隐式转换。这实际上是改变的主要动机——防止编译无意义的代码。符合任一标准的编译器不会生成打印 "1" 的程序。

显然，某些 C++ 实现允许以产生不合格结果的方式混合和匹配编译器和库（引用@StephanLechner：“我在 xcode 中找到了一个生成 1 的设置，以及另一个生成地址的设置：语言方言 c++98 与“标准库 libc++（支持 c++11 的 LLVM 标准库）”相结合产生 1，而 c++98 与 libstdc（gnu c++ 标准库）相结合产生一个地址；“）。您可以将不理解 explicit 转换运算符（C++11 中的新功能）的 C++03 样式编译器与将转换定义为 operator bool() 的 C++11 样式库结合使用。通过这样的混合，cout << cout 可以被解释为cout << cout.operator bool()，而后者又只是cout << true 并打印出"1"。

Answer 2

正如 Igor 所说，您可以通过 C++11 库获得此功能，其中 std::basic_ios 具有 operator bool 而不是 operator void*，但不知何故未声明（或视为）explicit。正确声明请参见here。

例如，符合标准的 C++11 编译器将给出与

相同的结果

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "2+3 = " << 
    static_cast<bool>(cout) << 2 + 3 << endl;
}

但在您的情况下，static_cast<bool> 被（错误地）允许作为隐式转换。

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编辑： 由于这不是通常或预期的行为，因此了解您的平台、编译器版本等可能会很有用。

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编辑2：作为参考，代码通常写成

    cout << "2+3 = "
         << 2 + 3 << endl;

或作为

    cout << "2+3 = ";
    cout << 2 + 3 << endl;

这两种样式混合在一起暴露了这个错误。

Answer 3

意外输出的原因是拼写错误。你可能是说

cout << "2+3 = "
     << 2 + 3 << endl;

如果我们忽略具有预期输出的字符串，我们会得到：

cout << cout;

从 C++11 开始，这是格式错误的。 std::cout 不能隐式转换为 std::basic_ostream<char>::operator<<（或非成员重载）将接受的任何内容。因此，符合标准的编译器必须至少警告您这样做。我的编译器拒绝编译你的程序。

std::cout 可以转换为bool，并且流输入运算符的布尔重载将观察到输出为 1。但是，该重载是显式的，因此它不应允许隐式转换。看来您的编译器/标准库实现并不严格符合标准。

在 C++11 之前的标准中，这是格式良好的。当时std::cout 有一个隐式转换运算符到void*，它有一个流输入运算符重载。然而，输出会有所不同。它将打印std::cout 对象的内存地址。

Answer 4

发布的代码不应该为任何 C++11（或更高版本的编译器）编译，但它应该在没有 C++11 前实现的警告的情况下编译。

不同之处在于 C++11 将流转换为布尔显式：

C.2.15 第 27 条：输入/输出库 [diff.cpp03.input.output] 27.7.2.1.3、27.7.3.4、27.5.5.4

更改：指定在现有布尔转换运算符中使用显式
理由：明确意图，避免变通方法。
对原始功能的影响：依赖于隐式布尔转换的有效 C++ 2003 代码将无法 与本国际标准一起编译。此类转换发生在以下情况：

• 将值传递给接受 bool 类型参数的函数；
  ...

ostream 运算符 cout << cout 被转换为 cout << true 从而产生 1。

并且根据 C.2.15，这不应该再从 C++11 开始编译。

Answer 5

您可以通过这种方式轻松调试代码。当您使用cout 时，您的输出会被缓冲，因此您可以像这样分析它：

想象第一次出现的cout 表示缓冲区，运算符<< 表示追加到缓冲区的末尾。运算符<< 的结果是输出流，在您的情况下为cout。你从：

cout << "2+3 = " << cout << 2 + 3 << endl;

应用上述规则后，您将获得如下一组操作：

buffer.append("2+3 = ").append(cout).append(2 + 3).append(endl);

正如我之前所说，buffer.append() 的结果是缓冲区。一开始您的缓冲区是空的，您需要处理以下语句：

声明：buffer.append("2+3 = ").append(cout).append(2 + 3).append(endl);

缓冲区：空

首先你有buffer.append("2+3 = ")，它将给定的字符串直接放入缓冲区并变成buffer。现在您的状态如下所示：

声明：buffer.append(cout).append(2 + 3).append(endl);

缓冲区：2+3 = 

之后，您继续分析您的语句，并遇到cout 作为附加到缓冲区末尾的参数。 cout 被视为1，因此您将1 附加到缓冲区的末尾。现在你处于这种状态：

声明：buffer.append(2 + 3).append(endl);

缓冲区：2+3 = 1

你在缓冲区中的下一件事是2 + 3，由于加法的优先级高于输出运算符，你将首先将这两个数字相加，然后将结果放入缓冲区。之后你会得到：

声明：buffer.append(endl);

缓冲区：2+3 = 15

最后你将endl 的值添加到缓冲区的末尾，你有：

声明：

缓冲区：2+3 = 15\n

在此过程之后，缓冲区中的字符会从缓冲区中一一打印到标准输出。所以你的代码结果是2+3 = 15。如果您查看此内容，您会从您尝试打印的cout 获得额外的1。通过从您的语句中删除<< cout，您将获得所需的输出。