Почему cout печатает «2 + 3 = 15» в этом фрагменте кода?

Почему вывод приведенной ниже программы такой?

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){

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

производит

2+3 = 15

вместо ожидаемого

2+3 = 5

Этот вопрос уже прошел несколько циклов закрытия / повторного открытия.

Перед тем как проголосовать за закрытие, пожалуйста, подумайте об этом мета-обсуждении этой проблемы.

Умышленно или случайно у вас есть <<в конце первой выходной строки, где вы, вероятно, имели в виду ;. Так что по сути у вас есть

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

Итак, вопрос сводится к следующему: зачем cout << cout;печатать "1"?

Это, как ни удивительно, оказывается тонким. std::coutчерез свой базовый класс std::basic_iosпредоставляет определенный оператор преобразования типа, который предназначен для использования в логическом контексте, как в

while (cout) { PrintSomething(cout); }

Это довольно плохой пример, так как трудно получить выход из строя, но std::basic_iosна самом деле он является базовым классом как для входных, так и для выходных потоков, а для входных данных он имеет гораздо больше смысла:

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

(выходит из цикла в конце потока или когда символы потока не образуют действительное целое число).

Теперь точное определение этого оператора преобразования изменилось между версиями стандарта C ++ 03 и C ++ 11. В более старых версиях он был operator void*() const;(обычно реализован как return fail() ? NULL : this;), а в более новых explicit operator bool() const;(как правило, реализован как return !fail();). Оба объявления отлично работают в логическом контексте, но ведут себя по-разному при (неправильном) использовании вне такого контекста.

В частности, согласно правилам C ++ 03, cout << coutбудет интерпретироваться cout << cout.operator void*()и печатать какой-то адрес. Согласно правилам C ++ 11, cout << coutне должен компилироваться вообще, поскольку оператор объявлен explicitи, следовательно, не может участвовать в неявных преобразованиях. Фактически, это было основной причиной изменения - предотвращение компиляции бессмысленного кода. Компилятор, соответствующий любому стандарту, не создаст программу, которая печатает "1".

По-видимому, некоторые реализации C ++ позволяют смешивать и сопоставлять компилятор и библиотеку таким образом, чтобы получить несоответствующий результат (цитируя @StephanLechner: «Я нашел параметр в xcode, который дает 1, и другой параметр, который дает адрес: Диалект языка c ++ 98 в сочетании с «Стандартная библиотека libc ++ (стандартная библиотека LLVM с поддержкой c ++ 11)» дает 1, тогда как c ++ 98 в сочетании с libstdc (стандартная библиотека GNU C ++) дает адрес; »). У вас может быть компилятор в стиле C ++ 03, который не понимает explicitоператоров преобразования (которые появились в C ++ 11), в сочетании с библиотекой в ​​стиле C ++ 11, которая определяет преобразование как operator bool(). С таким миксом становится возможным cout << coutинтерпретировать как cout << cout.operator bool(), что, в свою очередь, просто cout << trueи печатает "1".

Как говорит Игорь, вы получите это с C ++ 11 библиотеки, где std::basic_iosимеют те operator boolвместо operator void*, но как - то не объявлены (или рассматриваться как) explicit. Правильную декларацию см. Здесь .

Например, соответствующий компилятор C ++ 11 даст тот же результат с

#include <iostream>
using namespace std;

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

но в вашем случае static_cast<bool>это (ошибочно) разрешено как неявное преобразование.

Изменить: поскольку это необычное или ожидаемое поведение, может быть полезно знать вашу платформу, версию компилятора и т. Д.

Изменить 2: для справки код обычно записывается как

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

или как

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

и это смешивание двух стилей вместе выявило ошибку.

Причина неожиданного вывода - опечатка. Вы, наверное, имели в виду

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

Если мы проигнорируем строки, которые имеют ожидаемый результат, мы останемся с:

cout << cout;

Начиная с C ++ 11, это неправильно. std::coutне может быть неявно преобразован во что-либо, что std::basic_ostream<char>::operator<<(или перегрузка, не являющаяся членом) могла бы принять. Поэтому соответствующий стандартам компилятор должен, по крайней мере, предупредить вас об этом. Мой компилятор отказался компилировать вашу программу.

std::coutбудет преобразовываться в bool, а перегрузка bool оператора потокового ввода будет иметь наблюдаемый результат 1. Однако эта перегрузка является явной, поэтому она не должна допускать неявное преобразование. Похоже, что ваша реализация компилятора / стандартной библиотеки не полностью соответствует стандарту.

В стандарте до C ++ 11 это хорошо сформировано. Тогда std::coutбыл оператор неявного преобразования, в void*который была перегрузка оператора потокового ввода. Однако результат для этого будет другим. он напечатал бы адрес памяти std::coutобъекта.

Опубликованный код не должен компилироваться для любого C ++ 11 (или более позднего совместимого компилятора), но он должен компилироваться даже без предупреждения для реализаций до C ++ 11.

Разница в том, что C ++ 11 сделал преобразование потока в bool явным:

C.2.15 Пункт 27: Библиотека ввода / вывода [diff.cpp03.input.output] 27.7.2.1.3, 27.7.3.4, 27.5.5.4

Изменение: укажите использование явного выражения в существующих логических операторах преобразования.
Обоснование: уточните намерения, избегайте обходных путей.
Влияние на исходную функцию: действительный код C ++ 2003, основанный на неявных логических преобразованиях, не будет компилироваться с этим международным стандартом. Такие преобразования происходят в следующих условиях:

• передача значения функции, которая принимает аргумент типа bool;
  ...

ostream operator << определяется с помощью параметра bool. Поскольку преобразование в bool существовало (и не было явным) было до C ++ 11, cout << coutбыло переведено наcout << true которое дает 1.

И согласно C.2.15, это больше не должно компилироваться, начиная с C ++ 11.

Таким образом можно легко отладить свой код. Когда вы используете, coutваш вывод буферизируется, поэтому вы можете анализировать его следующим образом:

Представьте себе, что первое появление coutпредставляет буфер, а оператор <<представляет добавление в конец буфера. Результатом оператора <<в вашем случае является выходной поток cout. Вы начинаете с:

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

После применения вышеуказанных правил вы получите такой набор действий:

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

Как я сказал ранее, результатом buffer.append()является буфер. В начале ваш буфер пуст, и вам нужно обработать следующий оператор:

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

буфер: empty

Сначала у вас есть, buffer.append("2+3 = ")который помещает данную строку прямо в буфер и становитсяbuffer . Теперь ваше состояние выглядит так:

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

буфер: 2+3 = 

После этого вы продолжаете анализировать свой оператор и сталкиваетесь coutс аргументом, который нужно добавить в конец буфера. Это coutобрабатывается 1так, что вы добавите1 в конце вашего буфера. Теперь вы в таком состоянии:

заявление: buffer.append(2 + 3).append(endl);

буфер: 2+3 = 1

Следующее, что у вас есть в буфере, 2 + 3и поскольку сложение имеет более высокий приоритет, чем оператор вывода, вы сначала добавите эти два числа, а затем поместите результат в буфер. После этого вы получите:

заявление: buffer.append(endl);

буфер: 2+3 = 15

Наконец, вы добавляете значение endlв конец буфера, и у вас есть:

заявление:

буфер: 2+3 = 15\n

После этого процесса символы из буфера выводятся из буфера на стандартный вывод один за другим. Итак, результат вашего кода 2+3 = 15. Если вы посмотрите на это, вы получите дополнительную информацию 1от того, coutчто пытались напечатать. Удалив << coutиз своего оператора, вы получите желаемый результат.