[C++] cout、wcout无法正常输出中文字符问题的深入调查（1）：各种编译器测试

作者：zyl910

　　C++标准为C++标准IO库设计了十分完善的国际化文本处理机制。但在实际使用中，却发现各种编译器对它的支持性存在较大的差异，很多时候无法正确的输出字符。于是我对此进行了深入的调查。

一、说明

1.1 测试程序

　　下面有一段很简单的程序，分别利用cout、wcout、printf输出字符串。具体代码为——

#include <stdio.h>
#include <locale.h>
#include <wchar.h>

#include <string>
#include <iostream>

using namespace std;


const char* psa = "A汉字ABC";
const wchar_t* psw = L"W汉字ABC";

int main(int argc, char* argv[])
{
    // init.
    //ios::sync_with_stdio(false);    // Linux gcc.
    locale::global(locale(""));
    //setlocale(LC_CTYPE, "");    // MinGW gcc.
    wcout.imbue(locale(""));

    // C++
    cout << psa;    cout.clear();    cout<<endl;
    wcout << psw;    wcout.clear();    wcout<<endl;

    // C
    printf("\nC:\n");
    printf("\t%s\n", psa);
    printf("\t%ls\n", psw);

    return 0;
}

　　大家猜一猜这段程序的运行结果是什么？

1.2 理论结果

　　先根据C++标准，分析一下这段程序的理论结果。

　　在main函数中，首先执行了这两行代码对地区环境进行了初始化——

    locale::global(locale(""));
    wcout.imbue(locale(""));

　　细节解释——
1. locale("")：调用构造函数创建一个local，其中的空字符串具有特殊含义：使用客户环境中缺省的locale（《C++标准程序库—自修教程与参考手册》P697）。例如在简体中文系统上，会返回简体中文的locale。
2. locale::global(locale(""))：将“C++标准IO库的全局locale”设为“客户环境中缺省的locale”。注意它还会设置C标准库的locale环境，造成与“setlocale(LC_ALL, "")”类似的效果（《C++标准程序库—自修教程与参考手册》P698）。
3. wcout.imbue(locale(""))：使wcout使用“客户环境中缺省的locale”。

　　就这样，使C标准库、C++标准IO库（尤其是wcout）均正确的设置了地区环境，与客户环境中缺省环境完全匹配。

　　随后，使用C++标准IO库的cout、wcout分别输出窄字符串和宽字符串——

    // C++
    cout << psa;    cout.clear();    cout<<endl;
    wcout << psw;    wcout.clear();    wcout<<endl;

　　细节解释——
1. 调用cout、wcout的clear成员函数是为了清除错误状态，使后续输出能正常运行。
2. 使用“cout<<endl”或“wcout<<endl”时，不仅会使输出文本换行，而且还会执行flush成员函数，提交缓冲区中的数据。使得cout、wcout的输出文本不会发生冲突。

　　最后，使用C标准库的printf函数输出窄字符串和宽字符串——

    // C
    printf("\nC:\n");
    printf("\t%s\n", psa);
    printf("\t%ls\n", psw);

　　所以，测试程序的运行结果应当为——

A汉字ABC
W汉字ABC

C:
    A汉字ABC
    W汉字ABC

　　注意为了更好区分C++标准IO库与C标准库的输出结果，这里给printf加了个TAB字符。

二、测试VC2005

　　因VC2005是VC系列中第一个对C++03标准支持性较好的编译器，先来测测它。

2.1 Debug版

　　在VC2005中以Debug模式编译测试程序，执行结果为——

A
W

C:
    A汉字ABC
    W汉字ABC

 

　　可见C++的cout、wcout均无法正常输出中文字符。
　　而C的printf都能正常输出含中文字符的窄字符串与宽字符串。

2.2 Release版

　　将编译配置改为“Release”模式，再编译运行，神奇的事情发生了。执行结果为——

A汉字ABC
W汉字ABC

C:
    A汉字ABC
    W汉字ABC

 

　　Release版下全部通过，cout、wcout、printf均能正常输出。

三、测试VC2008及更高版本的VC

　　在VC2008中编译测试程序，执行结果为——

A汉字ABC
W汉字ABC

C:
    A汉字ABC
    W汉字ABC

 

　　全部通过，cout、wcout、printf均能正常输出。然后测试了Release版，也是全部通过。看来VC2005的Bug已经被修正了。
　　随后又测试了VC2010、VC2012，均是全部通过。

四、测试Windows中的MinGW

4.1 测试

　　使用GCC 4.6.2（MinGW(20120426)）编译测试程序，执行结果为——

A汉字ABC
W

C:
    A汉字ABC
    W

 

　　窄字符串都能正常输出，但宽字符串都不能正常输出。

4.2 修改代码，使MinGW能正常显示

　　将初始化代码增加一行——

    // init.
    locale::global(locale(""));
    setlocale(LC_CTYPE, "");    // MinGW gcc.
    wcout.imbue(locale(""));

　　再用MinGW编译运行，执行结果为——

A汉字ABC
W汉字ABC

C:
    A汉字ABC
    W汉字ABC

 

　　全部通过了，cout、wcout、printf均能正常输出。看来MinGW中的“locale::global(locale(""))”不会设置“setlocale(LC_ALL, "")”，必须手动调用。
　　用VC2008编译刚才修改后的代码，也是全部通过。多调用一次“setlocale(LC_ALL, "")”并不会造成破坏。

五、测试Linux下的gcc

5.1 测试

　　使用Linxu中的GCC编译测试程序，执行结果为——

A汉字ABC
WIWABC

C:
    A汉字ABC
    W汉字ABC

 

　　cout、printf均能正常输出，但wcout不能正常输出。

5.2 修改代码，使Linux下能正常显示

　　将初始化代码增加一行——

    // init.
    ios::sync_with_stdio(false);    // Linux gcc.
    locale::global(locale(""));
    wcout.imbue(locale(""));

　　再用gcc编译运行，执行结果为——

A汉字ABC
W汉字ABC

C:
    A汉字ABC
    W汉字ABC

 

　　全部通过了，cout、wcout、printf均能正常输出。

5.3 第2次修改代码，使MinGW能正常显示

　　切换回Windows，使用MinGW编译刚才修改后的代码，执行结果为——

A汉字ABC

C:
    A汉字ABC
    W

 

　　宽字符串又不能正常显示了。
　　根据上次的经验，将初始化代码增加“setlocale”——

    // init.
    ios::sync_with_stdio(false);    // Linux gcc.
    locale::global(locale(""));
    setlocale(LC_CTYPE, "");    // MinGW gcc.
    wcout.imbue(locale(""));

　　再用MinGW编译运行，执行结果为——

A汉字ABC
W汉字ABC

C:
    A汉字ABC
    W汉字ABC

 

　　终于全部通过了。

5.4 在Linux中测试第2次修改代码

　　在Linux中测试第2次修改代码，全部通过。

　　再用VC2008编译刚才修改后的代码，也是全部通过。

　　看来终于找到VC、MinGW、Linux下均有效的初始化方法了。可惜“ios::sync_with_stdio(false)”禁用同步后需要手动进行同步，会造成某些旧代码工作不正常，该方法实用性不大。

六、测试Mac OSX下的gcc

　　使用Linxu中的GCC编译测试程序，执行结果为——

　　这么简单的程序，居然运行时报错了。这是什么原因呢？
　　用gdb调试该程序。r运行，where显示调用栈，list显示源码——

　　可以看出，是在执行“locale("")”时报错的。
　　“locale("")”不是C++标准中规定的吗，怎么连它都会报错？
　　在网上搜索了一下，发现有人查过mac下的gcc源码，它在注释中明确写了"Currently, the generic model only supports the "C" locale."——
http://stackoverflow.com/questions/1745045/stdlocale-breakage-on-macos-10-6-with-lang-en-us-utf-8
std::locale breakage on MacOS 10.6 with LANG=en_US.UTF-8

七、总结

　　虽然C++标准的设想十分完善，可惜各种编译器的实现程度存在不少差异。甚至某些平台上连“locale("")”都不支持。
　　为了保证跨平台，慎用C++标准IO库，最好尽可能的使用兼容性非常好的C标准库。

参考文献——
《ISO/IEC 9899:1999》（C99）. ISO/IEC，1999. www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1124.pdf
《C++ International Standard - ISO IEC 14882 Second edition 2003》（C++03）. ISO/IEC，2003-10-15.
《C++标准程序库—自修教程与参考手册》. Nicolai M.Josuttis 著，侯捷、孟岩 译. 华中科技大学出版社，2002-09.
《std::locale breakage on MacOS 10.6 with LANG=en_US.UTF-8》. http://stackoverflow.com/questions/1745045/stdlocale-breakage-on-macos-10-6-with-lang-en-us-utf-8
《[C] 跨平台使用TCHAR——让Linux等平台也支持tchar.h，解决跨平台时的格式控制字符问题，多国语言的同时显示》. http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2013/01/17/tcharall.html

源码下载——
https://files.cnblogs.com/zyl910/wchar_crtbug.rar