std::format

科学的发展-只不过是读大自然写的代码

已于 2024-12-28 14:07:40 修改

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分类专栏： # c++11 文章标签： c++ 开发语言

于 2024-12-28 13:06:18 首次发布

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1.概要

2.内容

std::format 是 C++20 引入的一个新特性，它提供了一种便捷的方式来格式化字符串。这个函数是 <format> 头文件的一部分，旨在提供一种类型安全、易于使用且高效的字符串格式化方法。

基本用法

std::format 函数的基本用法类似于其他编程语言中的字符串格式化功能，比如 Python 的 str.format() 或 Java 的 String.format()。它使用一个格式字符串和一系列参数来生成一个新的字符串。

格式字符串可以包含文本和格式说明符。格式说明符以 {} 表示，并且可以包含转换说明（如整数、浮点数、字符等）和可选的格式选项（如宽度、精度、对齐方式等）。

示例

#include <iostream>
#include <format>

int main() {
    int num = 42;
    double pi = 3.14159;
    std::string text = "Hello, world!";

    // 使用 std::format 格式化字符串
    std::string formatted = std::format("Number: {}, Pi: {:.2f}, Text: {}", num, pi, text);

    // 输出格式化后的字符串
    std::cout << formatted << std::endl;

    return 0;
}

在这个例子中，std::format 被用来创建一个包含整数、浮点数和字符串的格式化字符串。{:.2f} 是一个格式说明符，它指定了浮点数应该被格式化为保留两位小数的形式。

优点

类型安全：std::format 在编译时检查格式说明符和参数类型是否匹配，减少了运行时错误的可能性。
易用性：格式字符串的语法直观易懂，使得字符串格式化变得更加简单。
效率：std::format 通常比传统的字符串拼接方法（如使用 + 运算符或 std::ostringstream）更高效。

注意事项

需要包含 <format> 头文件。
编译器支持：由于 std::format 是 C++20 的新特性，因此需要使用支持 C++20 的编译器。
格式说明符的语法和选项可能与其他语言或库中的字符串格式化功能有所不同，因此在使用时需要熟悉其特定的语法规则。

总的来说，std::format 提供了一种强大而灵活的字符串格式化方法，使得在 C++ 中处理字符串变得更加方便和高效。

3.关联链接

c++模块（Modules）-优快云博客

c++20：概念（Concepts）-优快云博客

c++20:范围（Ranges）-优快云博客

c++20:协程（Coroutines）-优快云博客

c++协程（Coroutines）-无限的整数序列-优快云博客

三路比较运算符（Spaceship Operator）-优快云博客

std::format-优快云博客

c++20,位操作增强-优快云博客

c++20 空指针比较-优快云博客

4.关联知识

1.c++20有什么新功能

C++20 是 C++ 标准的一个重要更新，它引入了许多新特性和改进，显著提升了语言的功能性和易用性。以下是一些关键的新功能：

一、模块（Modules）

功能：改变了组织源码文件的方式，旨在替换传统的头文件 #include 模型，以减少编译时间和改善依赖管理。在项目中，不再需要区分 .cpp 和 .h 文件。
示例：

// my_module.module
export module my_module;
export void greet() {
    std::cout << "Hello from the module!" << std::endl;
}

// main.cpp
import my_module;
int main() {
    greet();
    return 0;
}

二、概念（Concepts）

功能：允许在编译时精确指定模板参数需满足的条件，增强编译时错误信息和泛型编程的清晰度。
示例：

#include <concepts>

template<typename T>
concept Integral = std::is_integral_v<T>;

template<Integral T>
T abs(T x) {
    return x >= 0 ? x : -x;
}

int main() {
    static_assert(abs(42) == 42);
    static_assert(abs(-42) == 42);
    // static_assert(abs(42.0) == 42.0); // 错误，double不满足Integral概念
}

三、范围（Ranges）

功能：扩展了标准库中的算法，支持更简洁、更灵活的序列操作。Ranges 库是对标准模板库（STL）的一个重要扩展，它重新定义了容器和算法的交互方式，使代码更具可读性和表达力。
示例：

#include <range/v3/all.hpp>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    auto even = vec | ranges::view::filter([](int x) { return x % 2 == 0; });
    for (int val : even) {
        std::cout << val << " ";
    }
    return 0;
}

四、协程（Coroutines）

功能：正式支持协程，使得编写异步代码更为直观。协程是一种特殊的函数，允许在执行过程中暂停并在稍后恢复。
示例（简化的生成器示例）：

#include <coroutine>
#include <iostream>

struct Generator {
    struct promise_type;
    using handle_t = std::coroutine_handle<promise_type>;

    Generator(handle_t h) : coro(h) {}

    ~Generator() {
        if (coro) coro.destroy();
    }

    int next() {
        coro.resume();
        return coro.promise().current_value;
    }

private:
    handle_t coro;
};

struct Generator::promise_type {
    int current_value{0};
    Generator get_return_object() {
        return Generator{handle_t::from_promise(*this)};
    }

    std::suspend_always initial_suspend() { return {}; }

    std::suspend_always final_suspend() noexcept { return {}; }

    void return_value(int value) {
        current_value = value;
    }

    void unhandled_exception() {
        std::terminate();
    }
};

Generator count_up_to(int limit) {
    for (int i = 1; i <= limit; ++i) {
        co_yield i;
    }
}

int main() {
    for (int val : count_up_to(5)) {
        std::cout << val << " ";
    }
    return 0;
}

五、三路比较运算符（Spaceship Operator）

功能：引入了<=>运算符，用于实现综合比较（小于、等于、大于）。
示例：

#include <compare>

struct Point {
    int x, y;
    auto operator<=>(const Point&) const = default;
};

int main() {
    Point p1{1, 2}, p2{1, 2};
    if (p1 == p2) std::cout << "Equal" << std::endl;
}

六、std::format

功能：C++20 引入的标准库函数，为字符串格式化提供了统一且强大的接口，类似于 Python 中的 str.format 或 C 的 printf 函数，但更加安全和灵活。
示例：

#include <format>
#include <iostream>

int main() {
    auto str = std::format("The answer is {}.", 42);
    std::cout << str << std::endl; // 输出: The answer is 42.
    return 0;
}

七、位操作增强

功能：C++20 对位操作进行了增强，引入了几个新函数来提高位操作的便利性和表达能力。
示例（使用 std::has_single_bit 和 std::countl_zero）：

#include <bit>
#include <iostream>

int main() {
    unsigned int num = 0b100000;
    std::cout << "Is power of 2?" << std::boolalpha << std::has_single_bit(num) << std::endl;
    std::cout << "Leading zeros: " << std::countl_zero(num) << std::endl;
}

八、空指针比较

功能：C++20 引入了新的空指针常量 nullptr 与整数类型的比较操作，明确禁止了这种比较，以防止潜在的逻辑错误。以前，比较 nullptr 和整数在某些实现下是允许的，但现在这样的比较会引发编译错误，确保了代码的清晰和安全。
示例（演示非法比较）：

void checkPointer(int* ptr) {
    // if (ptr == 0) // 在C++20中，这种比较会被认为是错误的。
    // std::cout << "ptr is null" << std::endl;
}

九、其他改进和新增特性

关键字和语法增强：引入了 co_await、co_return、co_yield 等关键字以支持协程，consteval 用于声明必须在编译时求值的常量表达式函数，constinit 用于声明必须在编译时初始化的变量，以及 inline 变量等。
constexpr 支持的扩展：C++20 扩展了 constexpr 的能力，使其可以用于更复杂的表达式和函数，包括虚函数、动态内存分配、try-catch 异常处理等。
std::span：一个轻量级的视图类型，表示一段连续内存的子集，它类似于指针和数组，但更安全、更易用。
类型安全和错误检查：通过引入概念（Concepts）和范围（Ranges），C++20 提供了更强的类型安全和更好的编译时错误检查。

总的来说，C++20 的这些新特性和改进使得 C++ 语言更加现代化、强大和易用。