C++学习笔记----Strings与String View（9）-- 格式化输出

1、字符串格式化输出的发展历程

        C++早期的格式化输出，是没用C语言的格式化输出：printf()，首先是不推荐的，历史车轮滚滚向前，我们不能一直停留在旧石器时期啊。其优缺点也比较明显，缺点是没有类型保护，也不支持自定义类型；优点是易于阅读，因为它将格式与变量分隔的比较清晰，因此也易于转化成其他编程语言，还是举一个例子吧，空口白牙大家印象不深：

	int x = 10, y = 11;
	printf("x has value %d and y has value %d.\n", x, y);

结果为：

x has value 10 and y has value 11.

这些都与C完全一致，随着C++语言的发展，它需要有自己的独特的字符串输出方式，这就诞生了cout方式，这种I/O流的方式解决了C语言的类型保护以及对扩展类型的支持，但其缺点也比较明显，那就是字符串与变量交织在一起，不易迁移转化成其他编程语言。

还是上面的例子，把输出方式修改一下：

	int x = 10, y = 11;
	cout << "x has value " << x << " and y has value " << y << '.' << endl;

输出结果与上面的输出结果完全一致，就不再贴了。

好，C++继续演进，到了C++20，出现了定义在中的std::format，把上面所说的两种进行了合并，取其精华，去其糟粕，结合两者的优点：类型安全，支持扩展，字符串与变量分开，易于迁移转化成其他编程语言，上面的例子就变成了下面的输出方式：

	int x = 10, y = 11;
	cout << format("x has value {} and y has value {}.", x, y) << endl;

输出结果与上面的输出结果也完全一致，就不再贴了。

这个嘛，好像与我们以前写的代码也不完全一样啊，对喽，我的笔记用的是C++23，到了C++23中，发展演进到了出现了std::print()与std::println()，我们以前输出用的都是println()，好了，再把上面代码中的cout与<<修改成println()格式，当然，也不用format了：

	int x = 10, y = 11;
	println("x has value {} and y has value {}.", x, y);

结果自然是一致的，就不多说了吧。

既然已经发展演进到现在了，是不是应该好好夸一夸这种格式化输出的好处了呢，那当然了，当仁不让啊，这种输出方式的优点可多了，且听我娓娓道来：首先是支持UTF-8的编码方式，这就解决了不同编码字符集的问题，省去了许多麻烦事儿；类型安全，支持扩展到用户自定义类型，易于阅读，支持Unicode输出（无国界），支持不同国别语言的本地化，等等等等吧，在这些好处的顶端，就是其效率要比直接使用cout的I/O流要高，当然了，其低层也使用了这些I/O流，毕竟是一步上步发展演化而来的，是站在巨人的肩膀上，前人种树，后人乘凉，怎么能不利用前人好的成果呢，只是要百尺竿头更进一步而已。

2、格式化字符串

        记得在前面的文章中，只有一处提到了格式化字符串输出的格式问题，就是对于字符串转数字时用了一下{:X}，文章中也简单解释了一下:X的意义，进行了一点小扩展。现在到了看println()格式化字符串强大力量的时刻了，让我们走起。

        对于format()，print()，println()，其第一个参数就是格式化字符串，字符串中可以包含多个{}对，代表的是要被替换的部分，可以有任意多个，反正我没试过，也没有去查相关资料，到底有多少个，我认为探究这个没有意义；后面的参数就是填充或者说是去替换{}的内容，如果在输出中需要输出{或者}，那就用转义字符的方式，用{{或}}达到相关目的。

        好了，我们现在就来看{}的大魔法，其定义为[index] [:specifier]，我们知道，这些都是可省略项，index为参数索引，后面系统化的论述时再解释，specifier通过前面的文章，大家也应该知道它是格式化输出相关参数的灵魂了，具体也在后面再详述，我们现在要解决的，是周边的几个小问题，也可能是大家比较关心，或者说是比较容易犯的几个小错误，直接用代码来说明吧，在代码中讲解更直观一些：

	int  n1{ 42 };
	println(n1);         //错误，格式化字符串是必输项，不能省略
	println("{}", n1);  //正确  

	println();//错误，格式化字符串是必输项，不能省略，即使目的只是为了打印一个空行，也不能省略
	println("");        //正确

3、参数索引

        这一小节我们系统化的论述一下格式化字符串中的index参数索引，这个参数可以省略这一点大家都知道了，先解释一下这个参数的意思吧，这个参数是个数字，从0开始，正常的话，也就是省略时，其意义就相当于在一系列的{}中省略了从0开始的系列数字，第一个{}省略了0，第二个省略了1，第三个省略了2，以此类推，等等等等。那如果在{}中加上这个数字的话，就可以灵活输出字符串格式参数后面的输出输出的实际参数的值了，这个灵活是指，可以打乱顺序，可以多次输出同一个参数或者不输出某一个参数等等。还是通过程序示例来说明吧。

import std;
using namespace std;
int main()
{
	int n{ 42 };
	println("Read {} bytes from {}", n, "file1.txt");
	return 0;
}

结果如下：

Read 42 bytes from file1.txt

好，这是一个省略了index的示例，与以前的代码一致，结果也是我们前面说的，第一个{}输出n的值42，第二个{}输出常量或者说文本file1.txt。

        下面我们把index加上，但是要注意，要加都加，不能有的加有的没加，这是错误的，为了节省大家的时间，下面的例子会把刚才所说的几种情况都进行展示，也会在程序中加以说明，请看大屏幕：

import std;
using namespace std;
int main()
{
	int n{ 42 };
	println("Read {} bytes from {}", n, "file1.txt");	//正确，省略index
	println("Read {0} bytes from {1}", n, "file1.txt");	//正确，与省略index时一样
	//println("Read {0} bytes from {}", n, "file1.txt"); //执行时会报错，index要写都写，要不写都不写
	println("从{1}中读取{0}个字节", n, "file1.txt");		//正确，可以任意调整index的位置
	println("Read {0} bytes from {1},Again read {0} bytes.", n, "file1.txt");//正确，可以多次使用同一个index。
	return 0;
}

看结果：

Read 42 bytes from file1.txt
Read 42 bytes from file1.txt
从file1.txt中读取42个字节
Read 42 bytes from file1.txt,Again read 42 bytes.

不难的，是吧。

4、输出到不同的地方

        我们的输出函数中，上来就是格式化字符串，其实前面还有一个参数，就是要输出的地方，省略的话，是指输出到默认的地方，一般是标准控制台，其实也可以输出到其他地方，比如标准错误输出等，我们简单修改一下上面的程序，如下：

import std;
using namespace std;
int main()
{
	int n{ 42 };
	println(cerr,"Read {} bytes from {}", n, "file1.txt");	//正确，省略index
	println(cerr,"Read {0} bytes from {1}", n, "file1.txt");	//正确，与省略index时一样
	//println("Read {0} bytes from {}", n, "file1.txt"); //执行时会报错，index要写都写，要不写都不写
	println("从{1}中读取{0}个字节", n, "file1.txt");		//正确，可以任意调整index的位置
	println("Read {0} bytes from {1},Again read {0} bytes.", n, "file1.txt");//正确，可以多次使用同一个index。
	return 0;
}

结果与上面一样，这是因为我的开发环境的标准输出与标准错误输出是一样的，本示例只是说明，输出目的地也是可以根据实际需要进行指定的。

2、格式化字符串的使用方式

        对于format()、print()、println()函数，其参数格式化字符串如果有错误的话，编译时报错，因为这个参数要求是常量字符串，如果定义一个正常的字符串并进行输出的话，肯定会出错的，示例：

import std;
using namespace std;
int main()
{
	string s{ "Hello World!" };
	println(s);//
	return 0;
}

会报错：error C7595: “std::basic_format_string::basic_format_string”: 对即时函数的调用不是常量表达式。

其实，这个已经不是格式化字符串的错误了，它就是一个正常的字符串的输出，正确的代码应该是这样：

import std;
using namespace std;
int main()
{
	string s{ "Hello World!" };
	//println(s);
	println("{}", s);
	return 0;
}

那么好，回过头来，根据报错信息的提示，它说不是常量，那就改成常量，再看一下结果：

import std;
using namespace std;
int main()
{
	constexpr auto s{ "Hello World!" };
	println(s);
	constexpr auto formatString{ "Value {}" };
	println(formatString, 11);
	return 0;
}

结果：

Hello World!
Value 11

从结果可以看出，第一行其实是打印了一个没有参数的格式化字符串，第二行打印了一个拥有一个参数的格式化字符串，与上一个例子要输出常量字符串的含义是不一样的。当然了，这里面有点绕，大家下点功夫，好好理解一下，我觉得该说的我都说清楚了，祝大家学习愉快。