C++ fstream继承实现为何导致文件打开失败？

问题场景 #

• 执行环境：iPadOS iSH 1.3.2（build 494）模拟g++（Alpine 10.3.1_git20210424）10.3.1 20210424（C++14），root用户在根目录子目录操作
• 现象：使用自定义enhancedfstream打开文件时，shell可见空文件已创建，但程序中is_open()返回false，输出“file not open”，后续写入无效；直接用原生fstream以相同参数打开则完全正常。

用户提供代码 #

union converter_t {
  char byte[4];
  short int word[2];
  int dword[1];
} converter;

class enhancedfstream: public fstream {
  public:
    enhancedfstream(string s, _Ios_Openmode iosom) {
     fstream(s, iosom);
    }
    void write(int i) {
      converter.dword[0] = i;
      fstream::write(converter.byte, 4);
    }
    void write(short int si) {
      converter.word[0] = si;
      fstream::write(converter.byte, 2);
    }
    void write(string s) {
      char* tca = &s[0];
      fstream::write(tca, s.length());
    }
    void write(char c) {
      // intended correction:
      converter.byte[0] = c;
      fstream::write(converter.byte, 1);
      // as original, before correction:
      // fstream::write(new char[1] {c}, 1);
    }
    void write(char* cp, int i) {
      fstream::write(cp, i);
    }
};

enhancedfstream fs(fn, fstream::out | fstream::binary | fstream::trunc);
if (fs.is_open()) {} else cout << "file not open\n";

核心错误分析 #

问题出在enhancedfstream的构造函数实现：

enhancedfstream(string s, _Ios_Openmode iosom) {
 fstream(s, iosom);
}

这里只是在构造函数体内创建了一个临时的fstream对象，这个临时对象确实会打开文件并创建空文件，但它的生命周期只在构造函数体内，执行完后就被销毁。而当前enhancedfstream实例的父类（fstream）部分并没有被正确初始化，始终处于未打开状态，所以调用is_open()会返回false。

修正方案 #

必须通过成员初始化列表来正确初始化父类的fstream对象，而不是创建临时对象：

class enhancedfstream: public fstream {
  public:
    // 使用成员初始化列表初始化父类，同时优化参数为const引用避免拷贝
    enhancedfstream(const string& s, _Ios_Openmode iosom) 
        : fstream(s, iosom) {}
    
    // 其余write方法保持不变...
};

fstream子类化的注意点 #

• 流类（如fstream）的状态（打开状态、错误标志等）都存储在基类内部，必须通过成员初始化列表正确初始化基类，才能保证实例状态正常。
• 不要在构造函数体内创建基类的临时对象，这不会对当前实例的基类部分产生任何有效初始化。
• 此问题与缓冲区设置无关，无需额外配置缓冲区。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者reallyhuh