为什么在读取时发现 eof 时会设置故障位？

Question

我听说<fstream> 早于<exception>。忽略fstream 上的异常信息不是很丰富的事实，我有以下问题：

可以使用exceptions() 方法对文件流启用异常。

ifstream stream;
stream.exceptions(ifstream::failbit | ifstream::badbit);
stream.open(filename.c_str(), ios::binary);

任何尝试打开不存在的文件、没有正确权限的文件或任何其他 I/O 问题都将导致异常。使用自信的编程风格非常好。该文件应该在那里并且是可读的。如果条件不满足，我们会得到一个异常。如果我不确定文件是否可以安全打开，我可以使用其他函数来测试它。

但现在假设我尝试读入缓冲区，如下所示：

char buffer[10];
stream.read(buffer, sizeof(buffer)); 

如果流在填充缓冲区之前检测到文件结尾，则流决定设置failbit，如果启用，则会引发异常。为什么？这有什么意义？我本可以验证只是在阅读后测试eof()：

char buffer[10];
stream.read(buffer, sizeof(buffer));
if (stream.eof()) // or stream.gcount() != sizeof(buffer)
    // handle eof myself

这种设计选择阻止我在流上使用标准异常，并迫使我创建自己的权限或 I/O 错误异常处理。还是我错过了什么？有什么出路吗？例如，我是否可以在这样做之前轻松测试是否可以读取流上的sizeof(buffer) 字节？

Answer 1

failbit 旨在允许流报告某些操作未能成功完成。这包括诸如无法打开文件、尝试读取不存在的数据以及尝试读取错误类型的数据等错误。

您所询问的具体案例在此转载：

char buffer[10];
stream.read(buffer, sizeof(buffer)); 

您的问题是为什么在读取所有输入之前到达文件结尾时设置了失败位。原因是这意味着读取操作失败 - 您要求读取 10 个字符，但文件中没有足够多的字符。因此，操作没有成功完成，并且流信号 failbit 让您知道这一点，即使将读取可用的字符。

如果您想进行读取操作，您希望读取最多个字符，您可以使用readsome 成员函数：

char buffer[10];
streamsize numRead = stream.readsome(buffer, sizeof(buffer)); 

此函数将读取字符直到文件末尾，但与read 不同，如果在读取字符之前到达文件末尾，它不会设置故障位。换句话说，它说“试着读这么多字符，但如果你不能读也不是错误。只要让我知道你读了多少。”这与 read 形成鲜明对比，read 表示“我想要精确地这么多字符，如果你做不到，那就是错误。”

编辑：我忘记提到的一个重要细节是可以设置 eofbit 而不触发 failbit。例如，假设我有一个包含文本的文本文件

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之后没有任何换行符或尾随空格。如果我写这段代码：

ifstream input("myfile.txt");

int value;
input >> value;

此时input.eof() 将返回true，因为当从文件中读取字符时，流会到达文件末尾，试图查看流中是否还有其他字符。但是，input.fail()不会返回 true，因为操作成功了 - 我们确实可以从文件中读取一个整数。

希望这会有所帮助！

Answer 2

直接使用底层缓冲区似乎可以解决问题：

char buffer[10];
streamsize num_read = stream.rdbuf()->sgetn(buffer, sizeof(buffer));

Answer 3

改进@absence 的答案，它遵循readeof() 的方法，该方法与read() 相同，但没有在EOF 上设置故障位。还测试了真正的读取失败，例如硬移除 USB 记忆棒或网络共享访问中的链接丢失导致传输中断。它已经在带有 VS2010 和 VS2013 的 Windows 7 以及带有 gcc 4.8.1 的 linux 上进行了测试。在 linux 上，只尝试过移除 USB 记忆棒。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <stdexcept>

using namespace std;

streamsize readeof(istream &stream, char *buffer, streamsize count)
{
    if (count == 0 || stream.eof())
        return 0;

    streamsize offset = 0;
    streamsize reads;
    do
    {
        // This consistently fails on gcc (linux) 4.8.1 with failbit set on read
        // failure. This apparently never fails on VS2010 and VS2013 (Windows 7)
        reads = stream.rdbuf()->sgetn(buffer + offset, count);

        // This rarely sets failbit on VS2010 and VS2013 (Windows 7) on read
        // failure of the previous sgetn()
        (void)stream.rdstate();

        // On gcc (linux) 4.8.1 and VS2010/VS2013 (Windows 7) this consistently
        // sets eofbit when stream is EOF for the conseguences  of sgetn(). It
        // should also throw if exceptions are set, or return on the contrary,
        // and previous rdstate() restored a failbit on Windows. On Windows most
        // of the times it sets eofbit even on real read failure
        (void)stream.peek();

        if (stream.fail())
            throw runtime_error("Stream I/O error while reading");

        offset += reads;
        count -= reads;
    } while (count != 0 && !stream.eof());

    return offset;
}

#define BIGGER_BUFFER_SIZE 200000000

int main(int argc, char* argv[])
{
    ifstream stream;
    stream.exceptions(ifstream::badbit | ifstream::failbit);
    stream.open("<big file on usb stick>", ios::binary);

    char *buffer = new char[BIGGER_BUFFER_SIZE];

    streamsize reads = readeof(stream, buffer, BIGGER_BUFFER_SIZE);

    if (stream.eof())
        cout << "eof" << endl << flush;

    delete buffer;

    return 0;
}

底线：在 linux 上，行为更加一致和有意义。在实际读取失败时启用异常，它将抛出sgetn()。相反，Windows 大多数时候会将读取失败视为 EOF。