C++ 20新特性之std::format

为什么需要std::format

在C++ 20之前，我们通常使用printf、stringstream、cout等流对象，并结合各种流操作符（比如：<<）和格式化控制符（比如：std::setw、std::setprecision等）来实现格式化输出。这种方式虽然灵活，但使用起来却相当繁琐，特别是在处理复杂的格式化需求时。

在下面的示例代码中，我们使用cout来输出一句文字信息，其中包括姓名和年龄。可以看到，cout的写法比较丑陋和繁琐，不够简洁。

C++ 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
    string strName = "Mike";
    int nAge = 18;
    cout << "Name is " << strName << ", Age is " << nAge << "." << endl;
    return 0;
}

为了解决这一问题，C++ 20中引入了std::format。std::format借鉴了Python中str.format()函数的思想，通过占位符和格式化选项来实现灵活的格式化输出。与printf、cout等相比，std::format具有更强的类型安全性和可读性，同时也支持更多的格式化选项。

基本用法

std::format函数的基本形式如下。

C++ 复制代码

std::string strText = std::format("格式化字符串", 参数1, 参数2, ...);

其中，"格式化字符串"包含普通文本以及由大括号{}包围的占位符，这些占位符会被后面的参数值替换。注意：参数的顺序应当与占位符的顺序保持一致。

下面的示例代码与上面提到的代码功能相同，但使用std::format简化了输出。运行这段代码，将会输出："Name is Mike, Age is 18."，其中的两个大括号{}被strName和nAge替换。

C++ 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <format>
using namespace std;

int main()
{
    string strName = "Mike";
    int nAge = 18;
    cout << format("Name is {}, Age is {}.", strName, nAge) << endl;
    return 0;
}

使用索引

我们还可以通过索引指定参数的位置，这在需要改变输出顺序时非常有用，具体用法可参考下面的示例代码。

C++ 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <format>
using namespace std;

int main()
{
    string strName = "Mike";
    int nAge = 18;
    // 索引0对应strName，索引1对应nAge
    cout << format("Name is {0}, Age is {1}.", strName, nAge) << endl;
    // 索引0对应nAge，索引1对应strName
    cout << format("Name is {1}, Age is {0}.", nAge, strName) << endl;
    return 0;
}

格式化数字

std::format支持数字的格式化，比如：保留小数位数、添加前导零等，具体用法可参考下面的示例代码。

C++ 复制代码

#include <iostream>
#include <format>
using namespace std;

int main()
{
    const double PI = 3.14159265;
    // 输出3位小数的PI：3.142
    cout << format("PI: {:.3f}", PI) << endl;
    // 输出前导零，总宽度为5：00066
    cout << format("Number: {:05}", 66) << endl;
    return 0;
}

对齐与填充

std::format引入了一套丰富的格式化选项，允许我们控制字符串的对齐、填充以及其它格式化细节。对齐方法主要有三种：左对齐、居中对齐、右对齐。

{:<width}：左对齐，确保总宽度至少为width，不足部分使用空格填充。

{:>width}：右对齐，确保总宽度至少为width，不足部分使用空格填充。

{:^width}：居中对齐，确保总宽度至少为width，不足部分使用空格填充。

另外，除了使用默认的空格作为填充字符外，我们还可以指定其他字符进行填充，使用方式如下。

{: $fillchar$ <width $.precision$ }

在下面的示例代码中，我们使用format演示了左对齐、居中对齐、右对齐的效果。其中，<、^、>分别代表左对齐、居中对齐和右对齐，数字10表示总宽度，#代表填充字符。

C++ 复制代码

#include <iostream>
#include <format>
using namespace std;

int main()
{
    // 输出：Left       |   Center   |      Right
    cout << format("{:<10} | {:^10} | {:>10}\n", "Left", "Center", "Right");
    // 输出：66         |    100     |       1024
    cout << format("{:<10} | {:^10} | {:>10}\n", 66, 100, 1024);
    // 输出：|Left######|##Center##|#####Right|
    cout << format("|{:#<10}|{:#^10}|{:#>10}|\n", "Left", "Center", "Right");
    return 0;
}

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