如果（cin >> x），为什么可以使用这个条件？

Question

我一直在使用《C++加速入门》这本书学习C ++，但有一个概念我似乎没有完全理解。

为什么是

int x;
if (cin >> x){}

相当于

cin >> x;
if (cin){}

从这段代码看来，我觉得我们正在使用 cin 作为变量。但是，我认为它是一个函数。当 x 拥有我们从键盘输入的任何值时，为什么我们可以以这种方式使用 cin？

- Muhsin Ali

Answer 1

cin是一个istream类的对象，代表标准输入流。它对应于cstdio流中的stdin。流运算符>>重载返回对同一流的引用。流本身可以通过转换运算符在布尔条件下评估为true或false。

cin提供格式化流提取功能。操作cin >> x;

其中"x"是int类型，如果输入非数字值，则会失败。

if(cin>>x)

如果您输入字母而不是数字，将返回false。这个关于使用C++ I/O的技巧和窍门的网站也会对您有所帮助。

- user195488

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@Muhsin Ali：在学习新东西时，尝试理解不同的事物通常是很好的。然而，在这种情况下，我建议你现在把cin和cout视为“魔法”。当然，它们并不是魔法，但它们是使用许多相当先进的技术构建的。现在最好继续前进，等你掌握了类、继承和运算符重载后再回来看它们。 - Anders Abel

因为if语句所接受的表达式只能是布尔类型、整数类型或指针类型。类std::istream提供了将输入流转换为布尔类型的功能，正是这个转换运算符用于判断执行if分支还是else分支。 - David Hammen

@Muhsin：如果cin遇到无法处理的数据，它会进入“失败状态”，因此您必须使用if语句进行检查。请访问我在上一句中提供的链接，那里有一个代码示例。 - user195488

@DavidHammen std::istream提供将输入流转换为布尔值的能力，正是这个转换运算符被使用… 你能告诉我istream提供的转换运算符吗？ - Quazi Irfan

@DavidHammen 谢谢。我的错，我漏了它。现在感觉像一个链条。还有一个问题，在这个上下文中C++03和C++11有什么区别？ - Quazi Irfan

Answer 2

注意：回答是对 C++98/03 和 C++11（及更高版本）的更新后四年进行的回答。

std::cin 是 std::istream 的一个实例。该类提供了两个与此问题相关的重载：

- operator >> 将数据从流中读取到目标变量中（如果可能）。如果流的立即内容无法转换为目标变量的类型，则将流标记为无效状态，并保持目标变量不变。无论操作成功还是失败，返回值都是一个对流的引用。 - 无论是 operator void*()（C++11 之前），它将流引用转换为 void* 指针，还是 explicit operator bool()（C++11），它将流引用转换为布尔值。这种转换的结果是非空指针（C++11 之前）或 true（C++11），如果流有效，但是空指针（C++11 之前）或 false（C++11），如果流无效。

if 语句需要布尔值、整数或指针作为要测试的数量。std::cin >> x 的结果是对 istream 的引用，而它们都不符合上述条件。然而，类 istream 具有这些转换运算符，可以用来将 istream 引用转换为 if 语句中可用的东西。它是语言用于 if 测试的特定于版本的转换运算符。由于读取失败会将流标记为无效状态，因此如果读取失败，则 if 测试将失败。在C++11之前，更加复杂的operator void*转换成员的原因是，直到C++11才将已经存在的explicit关键字扩展到适用于转换运算符以及构造函数。一个非显式的operator bool()会给程序员带来太多的机会去踩坑。虽然operator void*()也存在问题，但"safe bool idiom"（安全布尔型惯用法）可以解决这个问题，但仅仅扩展explicit关键字就可以达到和"safe bool idiom"一样的效果，并且不需要使用大量的SFINAE技巧。

- David Hammen

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它不使用 operator bool，而是使用 operator void*。operator bool 可以使它在算术上下文中使用，而 operator void* 防止这种情况发生，因为 void 是不完全的类型。在 MSVC 编译器的实现中，如果没有设置失败标志（这不能为 0，因此在布尔上下文中被评估为 true），则 operator void* 返回对象的地址，否则返回 0（在布尔上下文中为 false）。 - lccarrasco

根据http://www.cplusplus.com/reference/ios/ios/operator_bool/，在C++98中使用`operator void*()，而在C++11中使用operator bool()`。 - Evgeni Sergeev

@AbhishekMane 如果你不告诉现代兼容编译器使用C++98标准（例如--std=c++98），则std::cout<<(std::cin>>x)将无法通过编译。在所有版本的标准中，从std::cin>>x返回的值是对std::cin对象的引用，并且没有重载std::basic_ostream operator>> (const std::basic_istream&)。在C++11之前，编译器会使用std::basic_istream::operator void*()。如果输入失败，则返回空指针，如果输入成功，则返回非空指针。这就是为什么你会看到0或0x48650的原因。（续） - David Hammen

void* 转换运算符在 C++11 中已被删除，用 explicit operator bool() 替代。explicit 标签（C++11 新增）明确告诉编译器不要在 std::cout<<(std::cin>>x) 中使用该转换。这个表达式在遵循 C++11、C++14、C++17 或 C++20 标准版本的编译器中应产生编译错误。 - David Hammen

@AbhishekMane 我不喜欢将类型隐式转换为bool。例如，假设foo是一个指针类型，我更喜欢看到if ((foo != nullptr) && foo->is_valid())而不是if (foo && foo->is_valid())。但这只是个人偏好。在有一半像样的编译器的情况下，这两个语句在生成的汇编代码方面是相同的。 - David Hammen

Answer 3

cin是istream类型的全局变量，而不是函数。

istream类重载了>>运算符进行输入，并返回调用该运算符的对象(cin)的引用。

- SLaks

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它不返回对象，而是返回对对象的引用。是吗？ - Olympian

@Olympian：不，这是一个实例化。 - user195488

@Mushin：只有当存在这样的>>重载时才可以。 - SLaks

@Muhsin: cin是istream对象，它有所有内置类型的重载运算符>>。可以将其视为cin.operator>>(x)，也就是>>仅仅是cin的成员函数。 - user72424

@Olympian：它仍然是一个实例化。 - user195488

Answer 4

cin是std命名空间中的变量。

operator>>返回对cin的引用，因此您可以写：cin >> a >> b，而不是cin >> a; cin >> b;

- Olympian

Answer 5

上面的答案很有用。这里我想补充一点。 std::cin 是 istream 类的一个对象，表示标准输入流（即键盘），对应于 C 语言中的 stdin。 cin >> x 首先会从标准输入流读取一个整数，并将其赋值给 x，然后返回一个指向 cin 的自引用。因此，函数调用 cin >> x 的返回值仍然是 cin。

因此，从 if 条件 的角度来看，if(cin) 和 if(cin >> x) 相似。标准 IO 库 为流定义了一个类似于以下实现的函数：

explicit operator bool() const; // C++11

或者

operator void*() const; //C++98, C++2003

从这两个声明中，我们知道它们直接或间接地（通过明显的void*指针转换为bool）将流类型转换为bool类型。

在这两个函数中，它们依赖于一些基本的IO流状态（类字段）来确定是否返回false或true（对于void*情况，它是nullptr或不是）。

cin是istream类的一个实例，它继承了转换为bool的函数。所以它可以工作！

- Zachary

Answer 6

因为表达式的结果。

cin >> x

评估为

cin

读取流之后。

- Erix

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那就意味着我可以调用cin，它仍将具有x的值，直到我覆盖它？ - Muhsin Ali

不，cin将始终是istream的一个实例。但变量x将继续保持其值，因此无论如何都不需要再次从流中获取它。 - Erix

Answer 7

std::cin 是 std::istream 类的一个实例。

cin >> x 只是在 cin 对象上调用一个函数。您可以直接调用该函数：

cin.operator >>(x);

为了让您一次读取多个变量，operator >>函数返回调用它的流的引用。您可以调用以下代码：

cin >> x >> y;

或等价地说：

cin.operator >>(x).operator >>(y);

或者：

std::istream& stream = cin.operator >>(x);
stream.operator >>(y);

这个难题的最后一部分是std::istream可以转换为bool。 bool相当于调用!fail()。

因此，在以下代码中：

int x;
std::istream& stream = std::cin.operator >>(x);
bool readOK = !stream.fail();
if (readOK)
{
  std::cout << x << "\n";
}

bool readOK = !stream.fail(); 可以简化为 bool readOK = stream;。

您不需要一个单独的 bool 来存储流的状态，所以可以直接使用 if (stream)。

删除临时的 stream 变量后得到 if (std::cin.operator >>(x))。

直接使用运算符回到原始代码：

int x;
if (std::cin >> x)
{
  std::cout << x << "\n";
}

- Alan Birtles

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如果 std::cout<<(std::cin>>x); 失败，则输出 0，如果成功，则输出 0x486650，为什么它不会输出 1。 - Abhishek Mane

@AbhishekMane，我不确定你的意思，但你可以打开一个新问题并提供更多细节。对于我来说，std::cout<<(std::cin>>x);无法编译。 - Alan Birtles

我在stackoverflow上提出了一个问题，请回答：https://stackoverflow.com/q/68849622/11862989 还有这个答案：https://dev59.com/mGw15IYBdhLWcg3wJ4is#6791854 。他提到了“它是语言用于if测试的特定版本转换运算符”。我认为这与我的问题有关，但我不理解。 - Abhishek Mane

Answer 8

1) cin是istream的一个实例，参见http://www.cplusplus.com/reference/iostream/cin/。

2) istream的>>运算符将返回其左操作数，这里是cin，参见http://www.cplusplus.com/reference/istream/istream/operator%3E%3E/。如果没有从cin中提取出任何字符，则该运算符将设置failbit。如果读者已完成EOF，则不会再有字符可读，此时也会设置failbit。

3) 在上述第2点中，当读取操作后条件被评估时，if (cin >> x) 应该像 if (cin) 一样，参考此链接 http://www.cplusplus.com/reference/ios/ios/operator_bool/，你会看到，这个 if 块将返回：

• 如果至少设置了 failbit 或 badbit 中的一个，则返回空指针。否则返回其他某些值（适用于 C++98 标准）。

• 如果至少设置了这些错误标志之一，则函数返回 false，否则返回 true（适用于 C++11 标准）。

- Ryan Le

Answer 9

因为cin是类的对象，请在http://www.cplusplus.com/reference/iostream/cin/上阅读更多信息。

- Emil Condrea