好的，各位观众，欢迎来到今天的C++奇妙夜（其实是技术讲座啦）。今天我们要聊的是C++20引入的std::format，一个能让你告别printf和iostream，安全高效地格式化字符串的利器。
开场白：为什么我们需要std::format？
话说江湖上一直流传着这么一句话：“C++的字符串格式化，那是一部血泪史。” 这话真不假。传统的printf，类型不安全，容易崩溃，调试起来让人头大。iostream呢，虽然类型安全了，但是语法又过于冗长，代码可读性直线下降。
举个例子，假设我们要格式化一个整数和一个浮点数：
-
printf:int age = 30; double salary = 100000.50; printf("Age: %d, Salary: %fn", age, salary); // 没毛病，编译通过 printf("Age: %f, Salary: %dn", age, salary); // 编译也通过，运行时就等着看崩溃吧！printf的问题在于，它的格式化字符串和后面的参数类型匹配完全依赖程序员自己保证。一旦写错，编译器不会报错，运行时就给你一个惊喜（通常是不太愉快的惊喜）。 -
iostream:int age = 30; double salary = 100000.50; std::cout << "Age: " << age << ", Salary: " << salary << std::endl; // 还能更长点吗？iostream虽然类型安全，但是代码过于冗长，可读性差。想象一下，如果需要格式化很多变量，这代码得写多长？而且，对于一些复杂的格式化需求，iostream实现起来也很麻烦。
所以，我们需要一个既类型安全，又简洁易用的字符串格式化工具。这就是std::format登场的理由！
std::format：救星来了！
std::format解决了printf的类型安全问题，又避免了iostream的冗长，简直是C++程序员的福音。它的核心思想是：
- 编译时类型检查： 格式化字符串中的占位符和后面的参数类型必须匹配，否则编译报错。
- 简洁的语法： 使用花括号
{}作为占位符，语法简洁明了。 - 强大的格式化选项： 支持各种各样的格式化选项，可以满足各种需求。
基本用法：Hello, World! 的进阶版
先来看一个简单的例子：
#include <format>
#include <iostream>
int main() {
int age = 30;
double salary = 100000.50;
std::string formatted_string = std::format("Age: {}, Salary: {:.2f}", age, salary);
std::cout << formatted_string << std::endl; // 输出：Age: 30, Salary: 100000.50
return 0;
}这个例子中，{} 是占位符，分别对应后面的 age 和 salary。{:.2f} 表示将 salary 格式化为保留两位小数的浮点数。
看到了吗？std::format 既简洁又类型安全。如果我们将 age 和 salary 的顺序写反，或者将 {: .2f} 写成 %d，编译器会直接报错，避免了运行时崩溃的风险。
格式化选项：玩转字符串
std::format 提供了丰富的格式化选项，可以控制数字、字符串、日期等等的显示方式。下面是一些常用的格式化选项：
| 选项 | 含义 | 示例 |
|---|---|---|
{} |
默认格式化 | std::format("{}", 123) // 输出 "123" |
{:d} |
十进制整数 | std::format("{:d}", 123) // 输出 "123" |
{:x} |
十六进制整数（小写） | std::format("{:x}", 255) // 输出 "ff" |
{:X} |
十六进制整数（大写） | std::format("{:X}", 255) // 输出 "FF" |
{:o} |
八进制整数 | std::format("{:o}", 8) // 输出 "10" |
{:b} |
二进制整数 (C++23) | std::format("{:b}", 5) // 输出 "101" |
{:f} |
定点表示的浮点数 | std::format("{:f}", 3.14159) // 输出 "3.141590" |
{:e} |
指数表示的浮点数（小写） | std::format("{:e}", 1234.567) // 输出 "1.234567e+03" |
{:E} |
指数表示的浮点数（大写） | std::format("{:E}", 1234.567) // 输出 "1.234567E+03" |
{:g} |
通用格式的浮点数（自动选择定点或指数表示） | std::format("{:g}", 1234.567) // 输出 "1234.57" |
{:G} |
通用格式的浮点数（自动选择定点或指数表示，指数部分大写） | std::format("{:G}", 1234.567) // 输出 "1234.57" |
{:s} |
字符串 | std::format("{:s}", "hello") // 输出 "hello" |
{:c} |
字符 | std::format("{:c}", 'A') // 输出 "A" |
{:p} |
指针 | int x = 10; std::format("{:p}", &x) // 输出 "0x7ffc…" (地址) |
{:n} |
本地化数字分隔符（例如，千位分隔符） | std::format("{:n}", 1234567) // 输出 "1,234,567" (取决于本地设置) |
{:<width} |
左对齐，指定宽度 | std::format("{:<10}", "hello") // 输出 "hello " |
{:>width} |
右对齐，指定宽度 | std::format("{:>10}", "hello") // 输出 " hello" |
{:^width} |
居中对齐，指定宽度 | std::format("{:^10}", "hello") // 输出 " hello " |
{:填充字符<width} |
左对齐，指定宽度和填充字符 | std::format("{:*<10}", "hello") // 输出 "hello*****" |
{:填充字符>width} |
右对齐，指定宽度和填充字符 | std::format("{:*>10}", "hello") // 输出 "*****hello" |
{:填充字符^width} |
居中对齐，指定宽度和填充字符 | std::format("{:*^10}", "hello") // 输出 "**hello***" |
:.precision |
指定精度（用于浮点数，表示小数点后的位数；用于字符串，表示最大长度） | std::format("{:.2f}", 3.14159) // 输出 "3.14"； std::format("{:.5s}", "hello world") // 输出 "hello" |
:+ |
对于正数显示加号 | std::format("{:+d}", 10) // 输出 "+10" |
:- |
对于负数显示减号（默认行为） | std::format("{:-d}", -10) // 输出 "-10" |
:{ } |
在正数和负数之前都插入一个空格 | std::format("{: d}", 10) // 输出 " 10"； std::format("{: d}", -10) // 输出 "-10" |
:= |
符号感知零填充 (将符号放在填充字符之前)。 与数字类型 (int, float, complex 等) 一起使用。 |
std::format("{:=+05d}", 10) // 输出 "+0010" ; std::format("{:=05d}", -10) // 输出 "-0010" |
{#} |
使用 # 选项通常会启用 "alternate form" 的格式化。 对于不同的类型，它的作用不同： – 对于整数类型 (例如 x, X, o, b)，它会在输出中添加前缀来指示进制 (例如 0x, 0X, 0o, 0b)。 – 对于浮点数类型 (例如 f, e, E, g, G)，它会确保输出始终包含小数点，即使小数点后没有数字。 |
std::format("{:#x}", 255) // 输出 "0xff" ; std::format("{:#.0f}", 10.0) // 输出 "10." |
{:{}} |
动态指定宽度和精度。 第一个 {} 指定要格式化的值，第二个 {} 指定宽度或精度。 这些值可以是参数列表中的其他位置的值，也可以是变量。 |
int width = 10; std::string name = "hello"; std::format("{:{}}", name, width); // 输出 "hello "; double value = 3.14159; int precision = 2; std::format("{:.{}}", value, precision); // 输出 "3.14" |
示例代码：格式化各种数据类型
#include <format>
#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip> // 需要包含这个头文件才能使用 std::put_time
int main() {
int age = 30;
double salary = 100000.50;
std::string name = "Alice";
char grade = 'A';
// 格式化整数
std::cout << std::format("Age: {:d}, Age in hex: {:x}, Age in octal: {:o}", age, age, age) << std::endl;
// 输出：Age: 30, Age in hex: 1e, Age in octal: 36
// 格式化浮点数
std::cout << std::format("Salary: {:.2f}, Salary in scientific notation: {:.2e}", salary, salary) << std::endl;
// 输出：Salary: 100000.50, Salary in scientific notation: 1.00e+05
// 格式化字符串
std::cout << std::format("Name: {:s}, Name with width: {:>10}", name, name) << std::endl;
// 输出：Name: Alice, Name with width: Alice
// 格式化字符
std::cout << std::format("Grade: {:c}", grade) << std::endl;
// 输出：Grade: A
// 对齐和填充
std::cout << std::format("Left align: {:<10}, Right align: {:>10}, Center align: {:^10}", "hello", "hello", "hello") << std::endl;
// 输出：Left align: hello , Right align: hello, Center align: hello
std::cout << std::format("Left align with fill: {:*<10}, Right align with fill: {:*>10}, Center align with fill: {:*^10}", "hello", "hello", "hello") << std::endl;
// 输出：Left align with fill: hello*****, Right align with fill: *****hello, Center align with fill: **hello***
// 使用本地化设置
std::cout << std::format("Number with thousands separator: {:n}", 1234567) << std::endl;
// 输出：Number with thousands separator: 1,234,567 (取决于本地设置)
//格式化布尔值
bool is_valid = true;
std::cout << std::format("Is valid: {}", is_valid) << std::endl; // 输出: Is valid: true
// 格式化指针
int number = 42;
int* ptr = &number;
std::cout << std::format("Address of number: {:p}", (void*)ptr) << std::endl; // 输出: Address of number: 0x...
// 动态指定宽度和精度
int width = 15;
int precision = 3;
double pi = 3.14159265359;
std::cout << std::format("Pi with dynamic precision (width = {}, precision = {}): {:{}.{}}", width, precision, pi, width, precision) << std::endl;
// 输出: Pi with dynamic precision (width = 15, precision = 3): 3.142
return 0;
}自定义格式化：打造专属风格
std::format 不仅提供了丰富的内置格式化选项，还允许我们自定义格式化方式。这可以通过自定义格式化器来实现。
（这个部分涉及较为高级的C++知识，为了保证文章的流畅性，我们这里只简单介绍一下概念，不深入展开。）
简单来说，我们需要定义一个类，重载 format 函数，然后在 std::format 中使用这个类。
性能：速度与激情
std::format 在设计时就考虑了性能。它通常比 iostream 更快，而且由于编译时类型检查，避免了运行时错误，也间接提高了性能。
与 printf 的对比：一场新老技术的对话
| 特性 | printf |
std::format |
|---|---|---|
| 类型安全 | 不安全，依赖程序员保证类型匹配 | 安全，编译时类型检查 |
| 语法 | 复杂，使用 %d, %f 等格式化字符串 |
简洁，使用花括号 {} 作为占位符 |
| 可读性 | 较差 | 良好 |
| 性能 | 通常较快 | 性能良好，有时更快，有时略慢，取决于具体情况 |
| 扩展性 | 差，难以自定义格式化方式 | 好，可以通过自定义格式化器扩展 |
| 易用性 | 对于简单格式化比较方便，复杂格式化比较麻烦 | 更加一致和易于使用 |
总的来说，std::format 在类型安全、可读性、扩展性等方面都优于 printf，是更现代、更推荐的选择。当然，在一些对性能要求极高的场景下，printf 可能仍然有其用武之地。
总结：拥抱 std::format，告别字符串格式化的烦恼
std::format 是 C++20 引入的一个强大的字符串格式化工具，它解决了传统 printf 和 iostream 的痛点，提供了类型安全、简洁易用、功能强大的字符串格式化方案。
- 类型安全： 避免运行时崩溃，提高代码质量。
- 简洁易用： 语法简洁明了，提高开发效率。
- 功能强大： 丰富的格式化选项，满足各种需求。
- 性能良好： 速度快，效率高。
所以，还在等什么？赶快拥抱 std::format，让你的 C++ 代码更加优雅、安全、高效吧！
最后的彩蛋：一些使用技巧
- 避免重复书写参数： 可以使用索引来指定参数的位置。例如：
std::format("{1}, {0}", "world", "hello")输出 "hello, world"。 - 使用命名参数： 可以使用命名参数来提高代码可读性。例如：
std::format("{name}, {age}", fmt::arg("name") = "Alice", fmt::arg("age") = 30)(需要引入fmt库，因为std::format本身不支持命名参数，但fmt库是std::format的灵感来源)。 - 结合 ranges 使用： 可以使用
std::format格式化 ranges 中的元素。
今天的讲座就到这里，希望大家有所收获！ 谢谢大家！