如何在C++中生成格式化的標準字符串

這期內容當中小編將會給大家帶來有關如何在C++中生成格式化的標準字符串，文章內容豐富且以專業的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

兩種格式化字符串方法

眾所周知，C++的std::string功能殘缺，各種功能都沒有，比如格式化字符串功能。

在python3中，支持兩種格式化字符串的方法，一種是C風格，格式化的部分用%開頭，%后面的對應具體類型（比如%s對應字符串%d對應整型），另一種則是類型無關的風格，{0}對應第1個參數，{1}對應第2個參數。

>>> "{0}'s age is {1}".format("赤紅", 11)
"赤紅's age is 11"
>>> "%s's age is %d" % ("赤紅", 11)
"赤紅's age is 11"

而在C++中則只能借用C函數，用snprintf來格式化一片緩沖區

#define BUFFSIZE 512
 char buf[BUFFSIZE];
 snprintf(buf, BUFFSIZE, "%s's age is %d\n", "赤紅", 11);

亦或者用類型無關的流運算符

 std::ostringstream os;
 os << "赤紅" << "'s age is " << 11 << "\n";
 std::string s = os.str();

暫且不談效率問題，這種用<<拼接多個不同類型對象的做法代碼量較大，而且在控制具體輸出格式時更為麻煩，比如控制數字所占位數，或者小數點后位數。至少繁雜得讓我總是記不起來，寧可使用C風格snprintf來控制。比如

 double d = 3.1415926;
 snprintf(buf, BUFFSIZE, "圓周率: %-8.3lf是祖沖之發現的\n", d);

$ ./a.out 
圓周率: 3.142 是祖沖之發現的

通過%-8.3lf將lf(long float即double)類型的浮點數設置占位數為8，設置小數點后位數為3，負號表示左對齊，這種表示方法非常簡單緊湊。

至于用C++的iomanip頭文件實現，我還花了點時間查文檔。

 double d = 3.1415926;
 os << "圓周率: " << std::setw(8) << std::fixed
  << std::setprecision(3) << std::left
  << d << "是祖沖之發現的\n";

除了代碼如此之長以及有可能漏掉std::fixed外，還有問題在于setprecision已經改變了默認設置，也就是說，如果再os <<傳入一個浮點數，保留的小數點位數仍然是3位。

也許有人說，這種好處在于setprecision和setw接收的可以是一個變量而非常量。實際上snprintf一樣可以做到。

 double d = 3.1415926;
 int n1 = 8, n2 = 3;
 snprintf(buf, BUFFSIZE, "圓周率: %-*.*lf是祖沖之發現的\n", n1, n2, d);

C++包裝snprintf生成格式化的std::string對象

在APUE UNP TLPI這幾本講Linux下C編程的書中，都自己寫了錯誤處理庫來包裝snprintf產生格式化的輸出，以免每次重復定義緩沖區/調用snprintf等等。

這樣的做法有個缺陷就是緩沖區（字符數組）長度有限制，當然一般而言buffer size定義得足夠大的話是足夠的，畢竟打印太長的格式化字符串不如多調用幾次函數。

另一方面，由于這些函數僅僅是打印信息，尤其是經常打印信息后直接退出程序。所以不會返回錯誤字符串。如果在C++中想要把錯誤信息作為異常傳給上一層處理，這些函數是不夠的。因此需要簡單修改下。

inline std::string format_string(const char* format, va_list args) {
 constexpr size_t oldlen = BUFSIZ;
 char buffer[oldlen]; // 默認棧上的緩沖區
 va_list argscopy;
 va_copy(argscopy, args);
 size_t newlen = vsnprintf(&buffer[0], oldlen, format, args) + 1;
 newlen++; // 算上終止符'\0'
 if (newlen > oldlen) { // 默認緩沖區不夠大，從堆上分配
  std::vector<char> newbuffer(newlen);
  vsnprintf(newbuffer.data(), newlen, format, argscopy);
  return newbuffer.data();
 }
 return buffer;
}

inline std::string format_string(const char* format, ...) {
 va_list args;
 va_start(args, format);
 auto s = format_string(format, args);
 va_end(args);

 return s;
}

這是模仿UNP的實現，定義形參為va_list和...的兩個版本，其中接受va_list的版本還可為其它函數所用。因為C風格的可變參數列表...不能作為參數傳遞。另一點，va_list類型也不一定有拷貝構造函數，因此得用va_copy來拷貝一份va_list，以供第二次使用。

C++11新增了可變模板參數特性，使得上述代碼可以得到簡化

template <typename ...Args>
inline std::string format_string(const char* format, Args... args) {
  constexpr size_t oldlen = BUFSIZ;
  char buffer[oldlen]; // 默認棧上的緩沖區

  size_t newlen = snprintf(&buffer[0], oldlen, format, args...);
  newlen++; // 算上終止符'\0'

  if (newlen > oldlen) { // 默認緩沖區不夠大，從堆上分配
    std::vector<char> newbuffer(newlen);
    snprintf(newbuffer.data(), newlen, format, args...);
    return std::string(newbuffer.data());
  }

  return buffer;
}

而傳遞可變模板參數也變得十分容易（使用forward完美轉發），示例代碼如下

xyz@ubuntu:~/unp_practice/lib$ cat test.cc 
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "format_string.h"

template <typename ...Args>
void errExit(const char* format, Args... args) {
  auto errmsg = format_string(format, std::forward<Args>(args)...);
  errmsg = errmsg + ": " + strerror(errno) + "\n";
  fputs(errmsg.c_str(), stderr);
  exit(1);
}

int main() {
  const char* s = "hello world!";
  int fd = -1;
  if (write(fd, s, strlen(s)) == -1)
    errExit("write \"%s\" to file descriptor(%d) failed", s, fd);
  return 0;
}
xyz@ubuntu:~/unp_practice/lib$ g++ test.cc -std=c++11
xyz@ubuntu:~/unp_practice/lib$ ./a.out 
write "hello world!" to file descriptor(-1) failed: Bad file descriptor

上述就是小編為大家分享的如何在C++中生成格式化的標準字符串了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。