如何使用 std::ifstream 从文件读取字节到 std::array？

Question

下面的程序尝试打开一个 rom 文件并将其加载到std::array 。

#include <array>
#include <fstream>
#include <iostream>

const std::string ROM_FILE = "cpu_instrs.gb";

int main()
{
    std::array<uint8_t, 0x8000> m_Cartridge;
    std::ifstream istream(ROM_FILE, std::ios::in | std::ios::binary);
    
    istream.seekg(0, std::ios::end);
    size_t length = istream.tellg();
    istream.seekg(0, std::ios::beg);
    
    if (length > m_Cartridge.size())
    {
        length = m_Cartridge.size();
    }
    
    istream.read(m_Cartridge.data(), length);
    
    for (const uint8_t& b : m_Cartridge)
    {
        std::cout << b << std::endl;
    }
    
    return 0;
}

当我使用 g++ 运行上面的程序时，出现以下错误

test.cpp: In function 'int main()':
test.cpp:21:34: error: invalid conversion from 'std::array<unsigned char, 32768>::pointer' {aka 'unsigned char*'} to 'std::basic_istream<char>::char_type*' {aka 'char*'} [-fpermissive]
   21 |     istream.read(m_Cartridge.data(), length);
      |                  ~~~~~~~~~~~~~~~~^~
      |                                  |
      |                                  std::array<unsigned char, 32768>::pointer {aka unsigned char*}
In file included from C:/TDM-GCC-64/lib/gcc/x86_64-w64-mingw32/9.2.0/include/c++/fstream:38,
                 from test.cpp:2:
C:/TDM-GCC-64/lib/gcc/x86_64-w64-mingw32/9.2.0/include/c++/istream:486:23: note:   initializing argument 1 of 'std::basic_istream<_CharT, _Traits>& std::basic_istream<_CharT, _Traits>::read(std::basic_istream<_CharT, _Traits>::char_type*, std::streamsize) [with _CharT = char; _Traits = std::char_traits<char>; std::basic_istream<_CharT, _Traits>::char_type = char; std::streamsize = long long int]'
  486 |       read(char_type* __s, streamsize __n);
      |            ~~~~~~~~~~~^~~

在我看来std::istream只适用于char而不是unsigned char 。 当我将类型从uint8_t更改为char 。 该程序编译并运行没有问题。 有没有办法让std::istream与uint8_t工作？

Answer 1

std::istream是根据char_type编写的，只是char ，类似地， std::istream::read也是一样的。

传统的方法是reinterpret_cast<char*>您正在阅读的指针：

istream.read(reinterpret_cast<char*>(m_Cartridge.data()), length);

尽管在许多情况下使用reinterpret_cast经常被人反对，但在这种情况下，它既是必要的又是安全的，因为指向char指针能够为任何具有与父对象相同可达性的对象（在这种情况下，与整个array对象相同的可达性）。

实际上，如果您检查 cppreference 上的std::istream::read页面，即使它使用类似的示例来读取原始二进制文件：

std::uint32_t n;
if(raw.read(reinterpret_cast<char*>(&n), sizeof n)) { ... }

---

也就是说，在技术上有一种替代方法可以做到这一点——尽管不推荐这样做。 各种stream类在字符类型（ basic_*stream<...> ）上模板化，其中std::ifstream是其别名。 从技术上讲，您可以尝试实例化std::basic_ifstream<unsigned char>并从中read而无需std::basic_ifstream<unsigned char> 。 但是，这样做时，您可能需要实现自定义std::char_traits —— 因为 C++ 标准不要求使用有signed或unsigned字符类型（例如std::char_traits<unsigned char>不能保证有效）