【C++】为什么可以while(std::cin >> input)

前几天在回答问答栏目的问题时，犯了一个错误，本文章是关于错误原因的分析。

我将问题中的程序简化为以下代码：

#include <iostream>

int main() {
    std::string input;
    while (std::cin >> input) {
        std::cout << input << std::endl;
    }
}

当时我认为while循环会一致循环下去，因为>>操作符的重载是这样的：

总是返回basic_istream的引用，因为不为空，所以转换成true。可转念一想，以前我也这么写过，而且很多人也这么写，应该理解有误，故重新审视这个问题。

std::cin >> input控制着循环的执行，下面按表达式执行顺序分两步说明：

第一步：提取操作符重载

如上图所示，>>操作符将字符串读入input之后，会返回basic_istream的引用。这个引用是非空的，如果仅仅到这一步，肯定会返回true的。然而，C++的标准库做了一个特殊处理，进入下一步。

第二步：转换操作符重载

cin在<iostream>声明如下：
extern std::istream cin;
且，istream是basic_istream<char>的别名，所以cin实际上也继承了基类basic_istream<>的成员和成员函数。

而，basic_istream有关于转换操作符的重载：

如果输入流没有错误，第一个函数(C++11之前的版本)会返回非NULL指针（在while里又再次转换为true），第二个函数会返回true。

当然我们可以用以下的测试程序验证我们的结论，我们手工用setstate函数设置了输入流的状态：

#include <iostream>

int main() {
    std::string input;
    while (std::cin >> input) {
        std::cout << input << std::endl;
        std::cin.setstate(std::ios_base::failbit);
    }
}

这个时候，循环结束。所以，while中std::cin >> input的返回是跟流的状态相关的。

综上，之所以犯错，主要是因为第二步的转换操作符“作祟”，C++的隐式转换在某种程度上会带来理解的成本，使用时要加倍小心。

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