c++20的std::format怎么用 比printf更安全高效的格式化方法【详解】

std::format 是 C++20 引入的现代化、类型安全、可扩展的字符串格式化工具，它取代了易出错的 printf 和繁琐的 std::ostringstream，兼顾安全性、可读性与性能（在多数场景下比 printf 更快，尤其配合编译期检查时）。

基础用法：像 Python f-string 一样简洁

最常用形式是 std::format(fmt, args...)，返回 std::string：

• std::format("Hello, {}!", "World") → "Hello, World!"
• std::format("Pi ≈ {:.2f}", 3.14159) → "Pi ≈ 3.14"
• std::format("ID: {:04d}, Name: {}", 7, "Alice") → "ID: 0007, Name: Alice"

占位符 {} 自动推导类型，无需手动指定 %s、%d 等格式符，彻底避免类型不匹配导致的未定义行为。

格式说明符：精准控制输出样式

在 {} 内添加冒号后跟说明符，语法类似 Python 的 str.format()：

• {:x}：十六进制小写（std::format("{:x}", 255) → "ff"）
• {:#x}：带前缀（→ "0xff"）
• {:+d}：强制显示符号（→ "+42"）
• {:>10}：右对齐，最小宽度 10（空格填充）
• {:^8.3f}：居中、宽 8、保留 3 位小数

所有说明符都在编译期解析（GCC/Clang 支持），非法格式如 {:z} 会直接报错，而不是运行时崩溃。

支持自定义类型：只需提供 formatter 特化

让自己的类参与 std::format，只需为该类型特化 std::formatter：

struct Point { int x, y; };
template<> struct std::formatter : std::formatter {
  auto format(const Point& p, format_context& ctx) const {
    return fmt::format_to(ctx.out(), "({},{})", p.x, p.y);
  }
};

之后就能直接使用：std::format("Origin: {}", Point{0,0}) → "Origin: (0,0)"。注意：标准库目前仅要求实现 std::format 基础支持，完整自定义需搭配 头文件和符合要求的编译器（如 GCC 13+、Clang 15+、MSVC 19.32+）。

性能与安全优势：为什么比 printf 更可靠

安全性上：无格式串/参数数量/类型错配风险（printf("%s", 42) 是典型 UB，std::format 编译不过）；自动处理宽字符、UTF-8 字符串；无缓冲区溢出隐患（不依赖固定大小字符数组）。

性能上：现代实现（如 libstdc++、libc++）采用栈上小字符串优化 + 零拷贝解析；格式串常量在编译期验证并预编译；实测在中等复杂度格式下，吞吐量通常比 snprintf 高 10%–30%。

若需更高性能（如日志高频拼接），可结合 std::format_to 写入预分配 buffer，或使用 std::vformat 处理运行时格式串（但失去编译期检查）。