1. 引言

C++20 標準引入了對 UTF-8 編碼的更好支持，其中包括兩個重要的函數：std::c8rtomb 和 std::mbrtoc8。這兩個函數分別用于將 UTF-8 編碼的字符轉換為窄多字節字符表示，以及將窄多字節字符轉換為 UTF-8 編碼。這些功能對于處理多語言文本和國際化應用非常關鍵。

2. std::c8rtomb 函數詳解

std::c8rtomb 函數用于將單個 UTF-8 編碼點轉換為窄多字節字符表示。其定義如下：

std::size_t c8rtomb(char* s, char8_t c8, std::mbstate_t* ps);

• 參數：

  • s：指向窄字符數組的指針，用于存儲轉換后的多字節字符。
  • c8：要轉換的 UTF-8 編碼單元。
  • ps：指向轉換狀態對象的指針，用于在解釋多字節字符串時使用。

• 行為：

  • 如果 s 不是空指針且 c8 是有效 UTF-8 編碼的最后一個編碼單元，則函數會確定存儲該編碼點的多字節字符表示所需的字節數（包括任何移位序列），并將多字節字符表示存儲在 s 指向的字符數組中，同時更新 *ps。
  • 如果 c8 不是編碼點表示中的最后一個編碼單元，則函數不會寫入 s 指向的數組，只更新 *ps。
  • 如果 s 是空指針，則調用等效于 std::c8rtomb(buf, u8'\0', ps)，其中 buf 是某個內部緩沖區。
  • 如果 c8 是空字符 u8'\0'，則存儲一個空字節，并在前面附加任何恢復初始移位狀態所需的移位序列，同時更新 *ps 以表示初始移位狀態。

• 返回值：

  • 返回存儲在數組中的字節數（包括任何移位序列）。如果 c8 不是編碼點的 UTF-8 表示中的最后一個編碼單元，則返回值可以為零。
  • 如果 c8 無效（不貢獻到對應合法多字節字符的 char8_t 序列），則將 EILSEQ 的值存儲在 errno 中，返回 static_cast<std::size_t>(-1)，且轉換狀態未指定。

3. std::mbrtoc8 函數詳解

std::mbrtoc8 函數用于將窄多字節字符轉換為 UTF-8 編碼。其定義如下：

std::size_t mbrtoc8(char8_t* pc8, const char* s, std::size_t n, std::mbstate_t* ps);

• 參數：

  • pc8：指向 char8_t 類型的指針，用于存儲轉換后的 UTF-8 編碼。
  • s：指向多字節字符的指針。
  • n：s 指向的數組中的最大字節數。
  • ps：指向轉換狀態對象的指針。

• 行為：

  • 函數將 s 指向的多字節字符轉換為 UTF-8 編碼，并存儲在 pc8 指向的位置。
  • 如果 s 指向的多字節字符無效，則函數的行為是未定義的。

• 返回值：

  • 返回轉換后的 UTF-8 編碼所需的字節數。

4. 使用示例

以下是一個簡單的示例，展示如何使用 std::c8rtomb 和 std::mbrtoc8：

#include <iostream>
#include <cuchar>
#include <cstring>
#include <clocale>int main() {// 設置 C 本地環境為 UTF-8std::setlocale(LC_ALL, "en_US.UTF-8");// 示例 UTF-8 字符串const char* utf8_str = u8"你好，世界！";// 轉換為多字節字符char mb_str[100];std::mbstate_t state = {};char* mb_ptr = mb_str;for (const char* p = utf8_str; *p; ) {char8_t c8 = *reinterpret_cast<const char8_t*>(p);std::size_t result = std::c8rtomb(mb_ptr, c8, &state);if (result == static_cast<std::size_t>(-1)) {std::cerr << "Invalid UTF-8 sequence encountered." << std::endl;return 1;}mb_ptr += result;p += std::char_traits<char>::length(reinterpret_cast<const char*>(&c8));}*mb_ptr = '\0';std::cout << "Multibyte string: " << mb_str << std::endl;// 轉換回 UTF-8char8_t utf8_result[100];char8_t* utf8_ptr = utf8_result;std::mbstate_t state2 = {};for (const char* p = mb_str; *p; ) {std::size_t result = std::mbrtoc8(utf8_ptr, p, 100, &state2);if (result == static_cast<std::size_t>(-1)) {std::cerr << "Invalid multibyte sequence encountered." << std::endl;return 1;}utf8_ptr += result;p += result;}*utf8_ptr = u8'\0';std::cout << "UTF-8 string: " << reinterpret_cast<const char*>(utf8_result) << std::endl;return 0;
}

5. 注意事項

• 線程安全：以空指針參數 s 調用 std::c8rtomb 可能會與其他以空指針參數 s 對 std::c8rtomb 的調用造成數據競爭。
• 本地環境依賴：這兩個函數的多字節編碼由當前活躍的 C 本地環境指定。
• 錯誤處理：在處理無效的 UTF-8 序列或多字節字符時，需要妥善處理錯誤，避免程序崩潰。

6. 總結

C++20 通過引入 std::c8rtomb 和 std::mbrtoc8，為處理 UTF-8 編碼和窄多字節字符提供了強大的支持。這些函數不僅增強了 C++ 標準庫對多語言文本的處理能力，還為國際化應用提供了更靈活的解決方案。開發者在使用這些函數時需要注意線程安全、本地環境依賴以及錯誤處理等問題，以確保程序的健壯性和可靠性。