17.3 格式化输出

怎么让屏幕（日志）上打印出来的浮点数只保留两位小数？怎么让输出的金钱表格对其且前面补零？在 C 语言中，我们有无敌的 printf("%05d %.2f")；但随着 C++ 中引入了 std::cout 之后，如何进行这些格式控制就成为了一个被广泛吐槽的繁琐话题。

本节我们将看看传统的 C++ 格式化方法，以及在 C++20 中迎来终极解决的大杀器特性。

传统 C++：流控制符 (Manipulators)

在使用 std::cout（或是任何其它派系的 fstream/stringstream）时，可以用特殊的函数对象插入到流里面，直接修改在它这道“关卡”后面经过的数据的表现形式。它们全在定义在 <iomanip> 头文件里。

最知名的例子就是大名鼎鼎的 std::endl，它其实就是个控制符（它不仅插入了换行符 \n，还在底层执行了至关重要的刷新冲出缓冲区 flush 动作）。

#include <iostream>
#include <iomanip> // 包含了所有带参数的流控制大炮

int main() {
    double pi = 3.14159265;

    // 1. 设置浮点数精度（最常用）
    // fixed: 取消科学计数法； setprecision(2): 保留 2 位小数
    std::cout << "圆周率大约是: "
              << std::fixed << std::setprecision(2) << pi << "\n";
              // 注意：一旦设置了 fixed 这类的控制标志，它在这个 cout 身上会永久生效遗留！
              // 除非你自己再发指令撤销

    // 2. 补零、对齐与宽度规范
    int score = 42;
    // setw(5): 要求下一个印出来的东西死死占满 5 个格子的宽度（这个属性印一次就立马自动失效）
    // setfill('0'): 如果字短没靠满，用 '0' 填死前面那些空着的格子
    std::cout << "玩家总分: "
              << std::setfill('0') << std::setw(5) << score << "\n";
              // 结果将打出 00042！

    // 3. 多进制切换输出打印
    int val = 255;
    std::cout << "十进制: " << std::dec << val << "\n";
    std::cout << "十六进制: " << std::hex << val << "\n";  // 输出 ff
    std::cout << "八进制: " << std::oct << val << "\n";    // 输出 377

    return 0;
}

传统的流控制看着啰嗦冗长，而且如果不注意，会把整个系统原先其它部件正常的默认格式污染拖下水，写起来极易串色。

究极杀手锏：C++20 std::format

C++ 委员会也受不了 iomanip 的繁冗了。在近十年的发展中，社区普遍广泛引进了开源库 fmt 的使用。到了 C++20，将其正式大举收编入标准库立正：std::format！

它完美地融合了 C 语言 printf 那种格式化缩写的极其短小快捷，同时又具备了现代泛型安全（你不必记住什么指代 int、指代 const char *，哪怕给错了也不会像 printf 发疯产生未定义段错误崩溃越界）、并且通吃标准库任意新老类（只要重载配制过）。

#include <iostream>
#include <string>
#include <format> // 只有在 C++20 及以上的编译器标准中可用！

int main() {
    std::string name = "Alice";
    int age = 24;
    double money = 12.3456;

    // Python 极其眼熟的语法重现！在字串符里留下一对对挖空大嘴巴 {}
    // std::format 会负责返回一整个缝合好的完美 std::string。没有任何污染！
    std::string msg = std::format("{} 已经 {} 岁了。", name, age);
    std::cout << msg << "\n";
    // => Alice 已经 24 岁了。

    // 指点江山参数坑位指定！
    std::cout << std::format("第二个人是 {1}，第一个是 {0}。\n", "A", "B");
    // => 第二个人是 B，第一个是 A。

    // ---------------------------------------------------- //
    // 超强格式化语法内嵌：在花括号里放入冒号 : 开启神技定制

    // 1. 浮点精度定制 ({:.2f} 为保留 2 位死局小数)
    std::cout << std::format("余额：{:.2f} 元 \n", money); // 12.35 元 (自动进位四舍五入)

    // 2. 宽度、对齐填充 (超强！做漂亮打印终端仪表盘的救星)
    // 规定占域 10 个格。左对齐 < （或者是右对齐 > ，亦或者居中 ^ ）;不够的部分补 *
    std::cout << std::format("[{:*<10}]\n", "Test"); // => [Test******]
    std::cout << std::format("[{:=>10}]\n", "Test"); // => [======Test]
    std::cout << std::format("[{:_^10}]\n", "Test"); // => [___Test___]

    // 3. 数字转换
    int n = 255;
    // 把 n 转成带前缀的漂亮大写 16 进制 (#X 搞定)，补 0 保 6 格宽
    std::cout << std::format("{:#06X}\n", n); // => 0X00FF

    return 0;
}

毫不夸张地说，std::format 是 C++20 日常体验提升幅度最大的巨无霸功能。此外在 C++23 中更进一步下放了 std::print(...) 以及 std::println(...) 函数，直接能一口气吞带替换掉 std::cout << std::format(...) 这副长面孔。这是 C++ 一扫“控制台打印字符语法陈旧笨重”非议的最重大胜利姿态。