探索 Windows 平台下 argv 和文件名编码

1. 状况

就像自带的记事本里有“ ANSI 编码”一样， Windows 非常喜欢创造一些对于三次元的我们来说很超前的东西，这几天写了一个 C++ 小工具，读取 argv[1] 里的文件名来完成一些工作，然后我发现这样的代码：

int main(int argc, const char* argv[]) {
  std::fstream f(argv[1], std::ios::binary);
  f << "🖕Windows Fuck You\n";
  f.close();
  return 0;
}

我的 Windows 语言设置了简体中文

对于一些文件不起作用，比如包含希腊字符 Ελληνική γλώσσα

2. Windows C++ argv 的编码

我就比较好奇这个 argv 不是 UTF-8 编码的吗？

int main(int argc, const char* argv[]) {
  uchardet_t chardet_ctx = uchardet_new();
  if (uchardet_handle_data(chardet_ctx, argv[1], std::strlen(argv[1])) != 0) {
    std::cerr << "uchardet failed!\n";
    std::exit(1);
  }
  uchardet_data_end(chardet_ctx);
  std::cout << "Charset: " << uchardet_get_charset(chardet_ctx) << '\n';
  uchardet_delete(chardet_ctx);
  return 0;
}

输出：

Charset: GB18030

？？？ Windows 你在干什么？我又去万能的 stackoverflow 翻了翻，发现 Windows 为了使

int main(int argc, char* argv[]);

支持 Unicode 创建了一个自己的扩展

int wmain(int argc, wchar_t* argv[])

？？？？？？？ wchar_t 是啥？我又去问咕咕噜， Windows 称其为 Unicode ，又起了个名叫“宽字符 (wide character) ”，今天也是跟 Windows 学专有名词的一天，看了看这个 wchar_t 发现它的 size 还不是一定的，我的 Windows 下是 2 字节，而 Linux 下是 4 字节（感觉不如 intxx_t ），这些先不说， UTF-8 的话 char* 就够了呀，我一查才发现 wmain 的 argv 是他妈的 UTF-16 编码的（而且 Windows 称 UTF-16 为“宽字符”，“ Unicode ”），我们 Windows 真是太超前 🌶！

3. 喷 Windows 和它钟爱的 UTF-16

Windows 又提出了以下等式：

UTF-16 = Unicode = 宽字符 = wchar_t

一想 Windows 是一个商业产品，又觉得这种误导大众的做法有一丝合理，但这么一查才发现 Windows API 到处都是 UTF-16 ，为啥要选这么一个不上不下的编码呢？哦，好像跟 Windows 不上不下一个道理。

我不明白 UTF-16 有什么好的，你说它比 UTF-8 优秀，可以根据字节数直接求出字符个数？它和定长编码 UTF-32 不一样，是变长编码，有可能 2 字节也有可能 4 字节，一个 emoji “😂” 就是 4 个字节，一个汉字“绷”就是两个字节；你说它比 UTF-32 优秀，可以节省空间？当今计算机体系下至少 50% 的内容都是英文的，使用 UTF-8 编码一个字节就可以解决（因为 UTF-8 兼容 ASCII ），而 UTF-16 要两个字节（也就不兼容 ASCII ），每 16 个 bit 有 6 个 bit 都用来标记字节位置（ 1101 10xx xxxx xxxx 或 1101 11xx xxxx xxxx ），综合起来我觉得比 UTF-8 浪费了更多空间，又没有 UTF-32 的固定长度的优势，属于是综合了两边的缺点，而优点不值一提（一些 CJK 字符可以比 UTF-8 少用 1 个字节）。

你说的对，但是《 UTF-16 》是由 Unicode 联盟自主研发的一种字符编码标准。游戏发生在一个被称作「 wchar_t 」的幻想世界，在这里，被 Windows 选中的人将被授予「 DecodeError 」，导引解码之力。你将扮演一位名为「 wmain 」的神秘角色，在编码解码的过程中邂逅性格各异、能力独特的同伴们，和他们一起击败 Illegal byte sequence ，找回失散的亲人——同时，逐步发掘「 std::filesystem::filesystem_error 」的真相。

3. Windows Exclusive

我寻思再怎么为了程序能跑在 Windows 上也不能直接把 main 改成 wmain 吧，然后我又找到了这个：

int argc = 0;
wchar_t** argv_u16 = CommandLineToArgvW(GetCommandLineW(), &argc);
// argv_u16 是 UTF-16LE 编码的 argv
LocalFree(argv_u16);

包装一下应该可以用了

#include "windows.h"

namespace windows {

std::string u16_to_u8(wchar_t* u16) {
  int u16len = wcslen(u16);
  int u8len = WideCharToMultiByte(
    CP_UTF8, 0, u16, u16len, nullptr, 0, nullptr, nullptr);
  char buf[u8len + 1] = {0};
  buf[u8len] = '\0';
  WideCharToMultiByte(CP_UTF8, 0, u16, u16len, buf, u8len, nullptr, nullptr);
  return buf;
}

std::vector<std::string> get_argv_u8() {
  int argc = 0;
  wchar_t** argv_u16 = CommandLineToArgvW(GetCommandLineW(), &argc);
  std::vector<std::string> argv_u8;
  argv_u8.reserve(argc);
  for (int i = 0; i < argc; i++) {
    argv_u8.emplace_back(u16_to_u8(argv_u16[i]));
  }
  LocalFree(argv_u16);
  return argv_u8;
}

} // namespace windows

4. 嗑 Windows x UTF-16

修改成了这样

int main(int argc, const char* argv[]) {
  std::vector<std::string> argv_u8 = windows::get_argv_u8();
  std::fstream f(argv_u8[1], std::ios::binary);
  f << "🖕Windows Fuck You\n";
  f.close();
  return 0;
}

还是不行，程序没有异常，但文件还是没有被修改，我又去看了看 Win API ，发现 Win 打开文件的 API 有两个，但都不支持 UTF-8 ：

CreateFileA ：使用 Windows 所谓的“ ANSI 编码”实际在我的电脑上是 GB18030 ，回到最初的起点了，闭环了属于是。
CreateFileW ：使用 Windows 所谓的“ Unicode ”实际是 UTF-16 ，就非逼着你用 wchar_t* ， Windows 和 UTF-16 太甜了，太好磕了。

也就是说 std::fstream 无论用哪个 constructor 最后到 Win API 都是不支持 UTF-8 的。

5. C++17 `std::filesystem`

好在 C++17 之后有了 std::filesystem ，可以这样：

int main(int argc, const char* argv[]) {
  std::vector<std::string> argv_u8 = windows::get_argv_u8();
  std::fstream f(std::filesystem::path(argv_u8[1]), std::ios::binary);
  f << "🖕Windows Fuck You\n";
  f.close();
  return 0;
}

std::filesystem 会帮你把 UTF-8 的文件名转换成平台特定的编码， Cppreference 说它会在 Windows 上把文件名转成 UTF-16 ，使用 wchar_t* ， POSIX 环境下直接使用 UTF-8 (char*) ，问题解决。

RayAlto's Blog