为什么std::cout将易失性指针转换为bool？

Question

如果你尝试cout一个指向易失性类型的指针，即使是一个易失性字符指针，你通常希望cout打印字符串，你只会得到'1'（假设指针不为空，我认为）。我假设输出流运算符<<模板是专门用于易失性指针的，但我的问题是，为什么？什么用例激发了这种行为？

示例代码：

#include <iostream>
#include <cstring>

int main()
{
    char x[500];
    std::strcpy(x, "Hello world");

    int y;
    int *z = &y;

    std::cout << x << std::endl;
    std::cout << (char volatile*)x << std::endl;

    std::cout << z << std::endl;
    std::cout << (int volatile*)z << std::endl;

    return 0;
}

输出：

Hello world
1
0x8046b6c
1

Answer 1

在 C++20 标准中，ostream::operator<< 具有以下重载，其中包括：

ostream& operator<< (bool val );
ostream& operator<< (const void* val );

当传入 易失性指针时，无法应用第二个重载，因为易失性指针不能无需显式强制转换即可转换为非易失性。然而，任何指针都可以转换为 bool，所以选择第一个重载，你看到的结果是 1 或 0。

所以真正的原因并不是代表标准委员会的有意决定，而只是标准不指定采用易失性指针的重载。

---

2023 年更新

从 C++23 标准开始（草案N4944，cppreference)，ostream： :operator<< 添加以下重载：

basic_ostream& operator<<( const volatile void* value );

在 C++23 模式下编译时（如果您的编译器支持它），易失性指针现在按照您的预期进行格式化，而不是隐式转换为 布尔。

Answer 2

我认为原因是易失性指针不能隐式转换为void *。这是标准的附录 C，其基本原理是类型安全。

更改：仅指向非常量和
非易失性对象可能是隐式的
转换为 void* 理由：这
提高类型安全性。

因此，您不会转换为 void *（将以十六进制打印），而是得到“默认”转换为 bool。

Answer 3

我认为问题不是指向易失性类型的指针的显式重载，而是指向易失性类型的指针缺乏重载。编译器无法隐式地从指针中删除 volatile 限定符，因此它会检查可用的重载，选择运算符 << 的 bool 版本。并将易失性指针转换为布尔值。

Answer 4

不是答案

这只是问题和答案的措辞问题。出现问题的原因是无法将指向易失性对象的指针转换为void指针，而不是易失性指针。

相当重要的区别在于哪个内存元素是易失性的。在问题中，指针不是易失性的（它可以被缓存，并且在更改时不必刷新到内存），而是指向的内存：

int volatile * p = f();
p++;      // this does not affect the perceived state of the c++ memory model
++p;
*p = 5;   // this changes the perceived state

它之所以重要的原因是，用易失性指针指向内存中，指针本身是有特殊处理的。

void foo( int * );

int * volatile p = f();  // 1
foo(p);                  // 2
int volatile * q = f();
//foo(q);    // error, cannot convert pointer to volatile to pointer to non-volatile
*q = 5;                  // 3
q = 0;                   // 4

在上面的代码中，标记为 1 和 2 的操作使其一直进入内存。 [1] 中的赋值必须转储到内存中。即使p的值在寄存器中，它也会从[2]处的内存加载。标记为[3]的操作修改了q指向的值，该值是易失性并且会一直到达主内存，而操作[4]只影响指针，它本身不是易失性的，因此不是 C++ 内存模型可感知状态的一部分，并且可以在寄存器中执行（请注意，编译器可以优化 q 并执行寄存器中的操作，而p无法优化。