在 C++ 编程中，控制台输出中文乱码一直是一个令人头疼的问题。但是目前中文互联网上的文章，大多都是告诉你哪些语句可以解决这个问题，并没有深层次的分析，因此这篇文章从 Windows 运行库的角度来分析问题的根本原因。

解决办法

首先介绍目前能想到的最完美的解决办法：

// 文件编码改成 UTF-8，同时在 CMakeLists.txt 中添加 add_compile_options("/utf-8")
SetConsoleOutputCP(CP_UTF8); // 相应的，当你将 locale 设置为 utf8 之后，你应该将 ConsoleOutputCP 设置为 utf8，因为默认的 CP_ACP 根本不支持中文以外的字符
setlocale(LC_ALL, ".utf-8"); // 如果你想向控制台输出emoji或者除了中文之外的字符，那么强烈推荐你将locale设置为.utf8，因为中文系统默认的`936`GBK代码页压根就不支持那些字符。
wcout.imbue(locale(wcout.getloc(), new codecvt_utf8_utf16<wchar_t>)); // 将 wcout 接受的 utf16 编码的 wchar_t 流转换为 utf8 buffer

该方法可以让 std::wcout​、std::cout​、printf ​支持所有 Unicode 字符，让 wprintf ​支持 Unicode 双字节字符

以下是结合微软 C++ 运行时 ucrtbased.dll 和 msvcp140.dll 的源码和 IDA 调试得到的不同的控制台输出函数输出 Unicode 字符的兼容性和要求

PS:

1. ​setlocale(LC_ALL, "")​ ​为设置 locale 为实现定义的本机环境（ANSI），不设置的话默认是 setlocale( LC_ALL, "C" )​
2. ​locale: ".utf-8"​：即可通过 setlocale(LC_ALL, ".utf8")​ ​设置也可通过 wcout.imbue​ ​设置
3. ​项目编码(UTF-8)​ ​指：文件编码改成 UTF-8，同时在 CMakeLists.txt 中添加 add_compile_options("/utf-8")
4. ​setlocale​ 会影响 wcout​ ​的 locale​
5. ​std::wcout.imbue​ ​不会影响其他 locale​
6. GB18030 虽然支持所有 Unicode 字符，但是 Windows 压根不支持 GB18030 的代码页，setlocale(LC_ALL, ".54936")​ ​返回 null

不同函数的分析

下面按照向控制台输出内容的不同 API 来进行分析

术语说明：

• partial code point​：因为 Windows MSVC 上的 L 字符串 wchar_t ​类型为 16 位，所以只能表示 Unicode Layer0 中的字符，对于 emoji 这种字符，需要两个 wchar_t ​的字符才能表示清楚，所以将这两个 wchar_t ​类型的值分别称为 partial code point​
• ​fh​：file hanle，POSIX 格式的，stdout 为 2
• ​double_translation​：First, convert from the source multibyte to Unicode, then from Unicode back to multibyte, but in the console codepage.

1. fputwc​(wprintf​,_putws​)

​fputwc ​最终会调用 _fputwc_nolock_internal​，其内部细节如果

1. ​_wctomb_internal​ 将 wide char 转换成 multibytes，但是不支持 partial code point​

   • 如果没有设置 locale​，merely casts it to char (if in range)，并 ptd.get_errno().set(EILSEQ);​
   • 如果设置了 locale ​为 .utf-8​，则调用 __crt_mbstring::__c32rtomb_utf8(char* s, char32_t c32, ...)​，支持 partial code point​，但需要传入 char32_t​
   • 其他情况下调用 WideCharToMultiByte ​和对应的 locale->locinfo->_public._locale_lc_codepage​，支持 partial code point​，但需要传入 wchar_t[2]​

2. call _fputc_nolock_internal​ -> _write_nolock(fh, buffer, buffer_size, ...)​，将成功转换后的 multibytes ​输出到 stdout ​中，该函数在 locale​ 为 ".utf8" ​以及 ConsoleOutputCP ​为 CP_UTF8 ​的情况下支持写入 emoji，然而上一步不支持 emoji，所以这一步支持也没用

   对于需要 double_translation ​的 fh（stdout 正是如此），如果 fh 的 textmode 为 ansi（stdout 正是如此），则调用 write_double_translated_ansi_nolock​

   这个函数从 locale codepage 获取 buffer 的编码，将 multibyte 中每个字符转换为对应的 wchar_t[2]​（这里之所以是 [2] ​是因为 Windows 知道 Unicode BMP 之后的字符都需要 32 位来表示），然后调用 WideCharToMultiByte ​将 wchar_t[2] ​转换为 ConsoleOutputCP ​对应的编码下的 multibytes，这样终端才能正确展示这些字符

​wprintf ​最终也会在 class stream_output_adapter ​中对每一个 wchar_t ​调用 _fputwc_nolock_internal​，所以必然不支持 emoji

​_putws ​最终也是调用 _fputwc_nolock_internal​，所以也不支持 emoji

2. WriteConsoleW​(_cwprintf​)

​_cwprintf ​与 wprintf ​不同的是，_cwprintf ​调用的 output_adapter ​是 console_output_adapter​，其内部会调用 _putwch​，_putwch ​又会调用 WriteConsoleW​

​WriteConsoleW ​是 kernelbase.dll 实现的，天生支持 emoji，我看不懂它的 IDA 伪代码，也找不到它的原代码，所以不知道它的细节是怎么样的

3. std::wcout​

​wcout​ 没有 ​double_translation​ 步骤，没有 ​double_translation​ 步骤意味着：用户使用 ​wcout​ ~~时，~~​**如果指定的** ​locale​ 中的 ​std::codecvt​ 将 ​wchar_t *​ 转换为了编码 A，则也应该调用 ​SetConsoleOutputCP(编码A);​

当 locale 为 ​"C"​ 时会调用 fputwc，虽然 fputwc 有 ​double_translation​ 步骤，但是因为 locale 为 ​"C"​​ ，在 ​_wctomb_internal​ 这一步就 return 了，并不会 ​double_translation​ 步骤。

1. call std::wstreambuf::xsputn

2. call std::wfilebuf::overflow

   • 如果没有设置 locale，则 locale 默认为 "C"​ ，则 this->_Pcvt ​为 null，程序只会简单的调用 fputwc
   • 如果设置了正确的 locale（setlocale ​不返回 null，std::locale ​不报错），则会调用 std::codecvt::out ​将 __int16 _Meta ​转换为 bytes
   • 然后调用 fwrite​，fwrite 最终调用 _write_nolock​，还是会经过 double_translation ​步骤

要注意的是 ".utf8"​ 这个 locale 实现的 std::codecvt​ 并不能处理 patial code point​ 的情况，因为其 out​ 方法会调用 WideCharToMultiByte​，但是仅传入了 wchar_t​ 而不是 wchar_t[2]​。相反，codecvt_utf8_utf16​ 这个类因为是自己实现了 utf16 到 utf8 的转换，所以可以处理这种情况。

参考文献

• Windows 中控制台应用的 Unicode 支持调查 - 胡玮文的博客
• setlocale, _wsetlocale | Microsoft Learn
• WideCharToMultiByte function (stringapiset.h) - Win32 apps | Microsoft Learn
• _cprintf, _cprintf_l, _cwprintf, _cwprintf_l | Microsoft Learn
• Microsoft Windows library files - Wikipedia
• 彻底弄懂 Unicode 编码 - 李宇仓 | Li Yucang
• std::locale - cppreference.com
• std::locale::locale - cppreference.com
• String literal - cppreference.com
• std::codecvt_utf8_utf16 - cppreference.com
• 关于字符编码，你所需要知道的（ASCII,Unicode,Utf-8,GB2312…） | 简单生活 — Kevin Yang 的博客
• 关于字符编码那些你应该知道的事情

附录

过程中使用的测试代码

int main() {
    SetConsoleOutputCP(CP_UTF8);
    setlocale(LC_ALL, ".utf-8");
    wcout.imbue(locale(wcout.getloc(), new std::codecvt_utf8_utf16<wchar_t>));
    // wcout.imbue(locale(""));
    // auto localname = setlocale(LC_ALL, "");
    // auto localname = setlocale(LC_ALL, ".utf8");
    // cout << "localname: " << localname << endl;
    // printf(localname);
    // wcout.imbue(locale(""));
    // std::wcout << L"🍌" << std::endl;
    // wprintf(L"🍌\n");
    // _cwprintf(L"🍌\n");
    // wprintf（C标准库）
    wprintf(L"%S", u8"汉字한국의🍌\n");
    printf("1,printf,汉字한국의🍌\n");
    std::cout << "4,wcout,汉字한국의🍌" << std::endl;
    wprintf(L"1,wprintf,汉字한국의🍌\n");

    // _putws（C标准库）
    _putws(L"2,_putws,汉字한국의🍌");

    // putwchar（C标准库）
    std::wcout << L"3,putwchar,";
    putwchar(L'你');
    _putch('\n');

    // std::wcout（用于宽字符）
    std::wcout << L"4,wcout,汉字한국의🍌" << std::endl;

    // WriteConsoleW（Windows API）
    HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
    DWORD charsWritten;
    WriteConsoleW(hConsole, L"5,WriteConsoleW,汉字한국의🍌\n", sizeof(L"5,WriteConsoleW,汉字한국의🍌\n") / 2, &charsWritten, NULL);

    // _cwprintf（Microsoft特定）
    _cwprintf(L"6,_cwprintf,汉字한국의🍌\n");

    // _putwch（Microsoft特）
    std::cout << "7,_putwch,";
    _putwch(L'你');
    _putch('\n');

    // fputwc（C标准库）
    std::cout << "8,fputwc,";
    fputwc(L'你', stdout);
    _putch('\n');

    return 0;
}

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