c++ - 为什么 std::basic_fstream 不起作用？

Question

尝试编译此代码时:

std::fstream file("file.name", std::ios::out | std::ios::binary);
uint8_t buf[BUFSIZE];
//Fill the buffer, etc...
file.write(buf, BUFSIZE);

编译器会警告我从 unsigned char 进行的 oh-not-so-healthy 转换至 char调用 write() .如 std::fstream实际上只是 std::basic_fstream<char> 的 typedef , 可以认为使用 std::basic_fstream<uint8_t>而是允许他们在没有警告的情况下编译上面的代码，如 write()需要模板类型的指针。
这当然可行，但又出现了另一个问题。即使这段代码编译得很好:

std::basic_fstream<uint8_t> file("file.name", std::ios::out | std::ios::binary);
uint8_t buf[BUFSIZE];
//Fill the buffer, etc...
file.write(buf, BUFSIZE);

现在调用 write() 将失败，即使以前的版本正在运行(忽略编译器警告)。我花了一段时间来查明标准 C++ 库代码中异常是从哪里引发的，但我仍然不太明白这里的情况。看起来像 std::basic_fstream使用一些字符编码机制，并且因为有一个为 char 定义的但 unsigned char 没有，文件流在尝试使用“错误的”字符数据类型时会静默失败……至少我是这么看的。
但这也是我不明白的。不需要任何字符编码。我什至不以文本模式打开文件，我想处理二进制数据。这就是我使用 uint8_t 类型的数组的原因。 ，而不是 char，使用这种数据类型感觉更自然，而不是普通的旧 char .但在我决定放弃 uint8_t 之前数据类型，只接受使用 char缓冲区，或开始使用自定义数组 byte数据类型定义为 char ，我想问两个问题:

究竟是什么机制阻止我使用无符号字符数据类型？它真的与字符编码有关，还是有其他用途？为什么文件流适用于有符号字符数据类型，但不适用于无符号数据类型？

假设我仍然想使用 std::basic_fstream<uint8_t> ，无论它多么(不)合理 - 有没有办法实现这一点？

Answer 1

std::basic_fstream<unsigned char>不起作用，因为它使用 std::char_traits<unsigned char>但标准库没有提供这样的特化，见 std::char_traits 完整的细节。
如果你想读/写二进制数据，你需要使用std::basic_fstream<char> , 用 std::ios_base::binary 打开它标记并使用 std::basic_ostream<CharT,Traits>::write 写入二进制数据的函数。
这是一个遗留问题，因为所有 char类型可用于表示二进制数据。标准库使用 char可能是因为这是最短的打字和阅读工作。

What exactly is that mechanism that stops me from using unsigned character datatype?

没有 std::char_traits<unsigned char>特化。

Is it really something related to character encoding, or does it serve some other purpose?

std::char_traits在其接口(interface)中准确定义了一些用途，但不包括解码/编码。后者由 codecvt 完成，请参阅那里的用法示例。

Why file stream works fine with signed character data types, but not for unsigned ones?

因为 std::basic_ostream<CharT,Traits>::write 接受 CharT ，您为流指定的第一个模板参数。它写入与读取相同的字符类型并使用 codecvt从 CharT 转换为字节。

Assuming that I still would want to use std::basic_fstream<uint8_t>, regardless how (un)reasonable it is - is there any way to achieve that?

标准类和函数模板不能专门用于内置类型， if I am not mistaken .您需要使用 std::char_traits 创建另一个类接口(interface)并将其指定为标准流的第二个模板参数。我想，你需要一个非常强大(哲学)的理由来卷起袖子去做。
如果你不这样做，你可能想继续使用 std::fstream<char>做 stream.write(reinterpret_cast<char const*>(buf), sizeof buf); .