两种格式化字符串方法

众所周知，C++的std::string功能残缺，各种功能都没有，比如格式化字符串功能。
在python3中，支持两种格式化字符串的方法，一种是C风格，格式化的部分用%开头，%后面的对应具体类型（比如%s对应字符串%d对应整型），另一种则是类型无关的风格，{0}对应第1个参数，{1}对应第2个参数。

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

而在C++中则只能借用C函数，用snprintf来格式化一片缓冲区

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

亦或者用类型无关的流运算符

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

暂且不谈效率问题，这种用<<拼接多个不同类型对象的做法代码量较大，而且在控制具体输出格式时更为麻烦，比如控制数字所占位数，或者小数点后位数。至少繁杂得让我总是记不起来，宁可使用C风格snprintf来控制。比如

    double d = 3.1415926;snprintf(buf, BUFFSIZE, "圆周率: %-8.3lf是祖冲之发现的\n", d); 

$ ./a.out
圆周率: 3.142   是祖冲之发现的

通过%-8.3lf将lf(long float即double)类型的浮点数设置占位数为8，设置小数点后位数为3，负号表示左对齐，这种表示方法非常简单紧凑。
至于用C++的iomanip头文件实现，我还花了点时间查文档。

    double d = 3.1415926;os << "圆周率: " << std::setw(8) << std::fixed << std::setprecision(3) << std::left << d << "是祖冲之发现的\n"; 

除了代码如此之长以及有可能漏掉std::fixed外，还有问题在于setprecision已经改变了默认设置，也就是说，如果再os <<传入一个浮点数，保留的小数点位数仍然是3位。
也许有人说，这种好处在于setprecision和setw接收的可以是一个变量而非常量。实际上snprintf一样可以做到。

    double d = 3.1415926;int n1 = 8, n2 = 3; snprintf(buf, BUFFSIZE, "圆周率: %-*.*lf是祖冲之发现的\n", n1, n2, d); 

C++包装snprintf生成格式化的std::string对象

在APUE UNP TLPI这几本讲Linux下C编程的书中，都自己写了错误处理库来包装snprintf产生格式化的输出，以免每次重复定义缓冲区/调用snprintf等等。
这样的做法有个缺陷就是缓冲区（字符数组）长度有限制，当然一般而言buffer size定义得足够大的话是足够的，毕竟打印太长的格式化字符串不如多调用几次函数。
另一方面，由于这些函数仅仅是打印信息，尤其是经常打印信息后直接退出程序。所以不会返回错误字符串。如果在C++中想要把错误信息作为异常传给上一层处理，这些函数是不够的。因此需要简单修改下。

inline std::string format_string(const char* format, va_list args) { constexpr size_t oldlen = BUFSIZ; char buffer[oldlen]; // 默认栈上的缓冲区 va_list argscopy; va_copy(argscopy, args); size_t newlen = vsnprintf(&buffer[0], oldlen, format, args) + 1; newlen++; // 算上终止符'\0' if (newlen > oldlen) { // 默认缓冲区不够大，从堆上分配 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; } 

这是模仿UNP的实现，定义形参为va_list和...的两个版本，其中接受va_list的版本还可为其它函数所用。因为C风格的可变参数列表...不能作为参数传递。另一点，va_list类型也不一定有拷贝构造函数，因此得用va_copy来拷贝一份va_list，以供第二次使用。
C++11新增了可变模板参数特性，使得上述代码可以得到简化

template <typename ...Args>
inline std::string format_string(const char* format, Args... args) { constexpr size_t oldlen = BUFSIZ; char buffer[oldlen]; // 默认栈上的缓冲区 size_t newlen = snprintf(&buffer[0], oldlen, format, args...); newlen++; // 算上终止符'\0' if (newlen > oldlen) { // 默认缓冲区不够大，从堆上分配 std::vector<char> newbuffer(newlen); snprintf(newbuffer.data(), newlen, format, args...); return std::string(newbuffer.data()); } return buffer; } 

而传递可变模板参数也变得十分容易（使用forward完美转发），示例代码如下

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