为什么 std::basic_ostream 的 'char' 部分特化存在 'operator<<' 的重载？答案

【问题标题】：Why do overloads of 'operator<<' exist for the 'char' partial-specializations of std::basic_ostream?为什么 std::basic_ostream 的 'char' 部分特化存在 'operator<<' 的重载？
【发布时间】：2013-02-04 09:25:50
【问题描述】：

我想知道为什么basic_ostream 的char 部分专业化存在以下operator<< 重载：

template< class Traits >
basic_ostream<char,Traits>& operator<<( basic_ostream<char,Traits>& os,
                                        char ch );
template< class Traits >
basic_ostream<char,Traits>& operator<<( basic_ostream<char,Traits>& os,
                                        signed char ch );
template< class Traits >
basic_ostream<char,Traits>& operator<<( basic_ostream<char,Traits>& os,
                                        unsigned char ch );
template< class Traits >
basic_ostream<char,Traits>& operator<<( basic_ostream<char,Traits>& os,  
                                        const char* s );
template< class Traits >
basic_ostream<char,Traits>& operator<<( basic_ostream<char,Traits>& os,
                                        const signed char* s );
template< class Traits >
basic_ostream<char,Traits>& operator<<( basic_ostream<char,traits>& os,
                                        const unsigned char* s );

为什么我想知道：

我发现重载充其量是多余的，而且通常很麻烦：

已经存在以下非专用模板类型的重载，并提供char 和char* 功能：

template< class CharT, class Traits>
basic_ostream<CharT,Traits>& operator<<( basic_ostream<CharT,Traits>& os,
                                         CharT ch );
template< class CharT, class Traits>
basic_ostream<CharT,Traits>& operator<<( basic_ostream<CharT,Traits>& os,
                                         char ch );
template< class CharT, class Traits >
basic_ostream<CharT,Traits>& operator<<( basic_ostream<CharT,Traits>& os,
                                         const CharT* s );
template< class CharT, class Traits >
basic_ostream<CharT,Traits>& operator<<( basic_ostream<CharT,Traits>& os,
                                         const char* s );

signed char 和 unsigned char 不是字符类型，（它们没有 char_traits），它们应该可以用作整数值，（尤其是在 int8_t 的 stdint.h 上下文中， uint8_t 等）然而这些重载与这两点形成对比；人们必须玩游戏来解决这些烦恼，例如：
- 针对每个用例将signed char 显式转换为signed short、unsigned char 转换为unsigned short 和signed char* 或unsigned char* 转换为void*。
  - 这需要在用户代码中解决函数重载或模板部分特化。
- 使用wchar_t 等效的basic_ostream 来避免这些不需要的函数重载。
  - 这可能会降低用户代码的性能。
在这两种情况下，用户代码看起来都比实际需要的更丑。

【问题讨论】：

@LokiAstari 它与其中一个具有相同的表示，但它是一种不同的类型。
关于 IOStreams 什么不很麻烦？
我认为您真正的问题不是存在重载，而是它们的行为就像您传递字符数据而不是整数一样。不是这个问题吗？
@BenjaminLindley，是的，这就是行为问题。 :-) 如果这些特定的重载不存在，我相信basic_ostream 的行为会更接近我的预期，并将signed char 和unsigned char 视为整数类型。但在创建库时一定有一些原因要添加特定的重载函数。

标签： c++ integer char operator-overloading ostream

【解决方案1】：

char 特征和各种 char 重载无关。

char 特征与 输出流 的 char 类型和处理有关，而 char 重载与 char 类型 inserted 有关。例如，想想basic_ostream<wchar_t> 与operator<<(basic_ostream, char)。

您还必须考虑它是实现定义的，无论普通字符是signed 还是unsigned。还有

3.9.1 基本类型 [basic.fundamental]
1 ...普通字符、有符号字符和无符号字符是三种不同的类型。

因此，仅char 或const char* 的重载并不能涵盖所有可能性。我想，定义这些重载只是为了完整并涵盖所有基本类型。

【讨论】：

我知道basic_ostream 的第二个模板类型是用于格式化basic_ostream 本身，而不是operator<< 输入参数。 char、signed char 和 unsigned char 是三种不同的 C 和 C++ 类型；（是的，char 的表示与signed char 或unsigned char 相同，但这与我的观点无关。）关键是char 和wchar_t 是唯一的字符类型，（在C++03 标准：) char_traits、basic_string 和 basic_ios 仅对这些类型有意义； c-string 文字只能为 char 或 wchar_t 类型创建。
我的意思是 signed char 和 unsigned char 类型应该被视为任何其他整数（和非字符）类型。目前，signed char integer = 33; std::cout << integer 将打印出!，而不是预期的33。

【解决方案2】：

重载是允许在不指定所有模板类型的情况下使用运算符所必需的。如果类型匹配，编译器只使用正确的重载。如果它们不匹配，它要么必须进行隐式转换（不受欢迎），要么您必须明确指定所有模板类型，我什至不确定是否有语法可以让您这样做。

【讨论】：

在我的解决方法示例中，我们已经必须将单个值显式转换为signed short 或unsigned short，并指向void*；这些参数类型作为成员函数重载显式提供。我想替代方案必须包括signed char 和unsigned char 的成员函数重载，对于所有basic_streams。