boost：format

ゝ一纸荒年。 2022-04-13 15:08 205阅读 0赞

# 概述 #

*  C++标准库提供了强大的、富有弹性的输入/输出流处理，使用流可以对输出的格式做各种精确的控制，比如宽度、精度、进制、填充字符、对齐等，新式流输出操作符`<<`可以串联起任意数量的参数，非常自由
 *  但C++输入/输出流也不是完美的，精确输出的格式控制要写大量的操控函数，而且会改变流的状态，用完后还需要及时恢复，有时候会显得十分繁琐。因此，还是有很多程序员怀念C语言中经典的printf()，虽然它缺乏类型安全检查，还有其他一些确定，但它语法简单高效，并且被官方的接受和使用，影响深远。
 *  boost.format库”扬弃“了printf，实现了类似printf()的格式化对象，可以把参数格式化到一个字符串，而且是完全类型安全的
 *  format位于名字空间boost，需要包含头文件`<boost/format.hpp>`，即：

#include<boost/format.hpp>
    using namespace boost;

## 入门示例 ##

cout << boost::format("writing %1%,  x=%2% : %3%-th try") % "toto" % 40.23 % 50; 
         // prints "writing toto,  x=40.230 : 50-th try"

格式对象是由格式字符串构造的，然后通过重复调用operator%给出参数。然后，每个参数都被转换为字符串，这些字符串依次根据格式字符串组合为一个字符串。

cout << format("%s:%d+%d=%d\n") % "sum" %1 %2 % (1 + 2) ;
    
        format fmt("(%1% + %2%) * %2% = %3%\n");
        fmt % 2 % 5;
        fmt % ((2+5)*5);
        cout << fmt.str();

![在这里插入图片描述][20210518164736323.png]  
代码里的第一条语句演示了format的最简单用法，使用format(…)构造了一个format临时对象。构造函数的参数是格式化字符串，其语法是我们非常熟悉的标准printf()语法，使用`%x`来指定参数的格式

因为要格式化的参数个数是不确定的，printf()使用了C语言里的可变参数(即参数声明中的省略号)，但它是不安全的。format模仿了流操作符`<<`，重载了二元操作符operator%作为参数输入符，它同样可以串联任意数量的参数，因此：

format(...) % a % b % c;

可以近似理解成：

format(...) << a << b << c;

操作符%把参数逐个的”喂“给format对象，完成对参数的格式化。

最后，format对象支持流输出，可以直接向输出流count输出内部保存的已经格式化好的字符串。

第一条fomat等价的printf：

printf("%s:%d+%d=%d\n", "sum", 1, 2, (1+2));

最后的三行语句演示了format的另一种用法，预先创建一个format格式化对象，它可以被后面的代码多次用于格式化操作。format对象仍然用操作符%来接受被格式化的参数，可以分多次输入(不必一次给全)，但是参数的数量必须满足格式化字符串的要求。最后使用format对象的str()成员函数获得已经格式好的字符串向cout流输出。

第二个format的`(%1% + %2%) * %2% = %3%\n`，使用%N%指示参数的工作。相当于：

printf("(%d + %d) * %d = %d\n", 2, 5, 5, (2 + 5) * 5);

## 怎么工作的 ##

1.  当你调用format(s)时，其中s是格式字符串，它构造一个对象，该对象解析格式字符串并查找其中的所有指令，并为下一步准备内部结构。
2.  然后，要么马上，比如

cout << format("%2% %1%") % 36 % 77;

*  要么稍后

format fmter("%2% %1%");
    fmter % 36; fmter % 77;

*  将变量输入格式化程序。这些变量被转存到一个内部流中，根据format-string中的给定格式化选项(如果有的话)设置该状态，并且format对象存储最后一步的字符串结果

1.  一旦提供了所有参数，就可以将格式对象转储到流中，或者通过使用str()成员函数或命名空间boost中的自由函数str(const format&)获取其字符串值。结果字符串在格式对象中保持可访问的状态，直到传递另一个参数，此时它被重新初始化。

// fmter是之前创建和提供的参数，它可以打印结果:
    cout << fmter ;  
    
    // 你可以取string结果:
    string s  = fmter.str();
    
    // 可能是几次:
    s = fmter.str( );
    
    // 你也可以一次完成所有步骤:
    cout << boost::format("%2% %1%") % 36 % 77; 
    
    //使用str自由函数:
    string s2 = str( format("%2% %1%") % 36 % 77 );

1.  可选的是，在第3步之后，你可以重用一个format对象，并在第2步重新启动:使用相同的格式字符串格式化新变量，从而节省了步骤1中涉及的昂贵处理。

总之，format类将格式化字符串(最终带有类似printf的指令)转换为内部流上的操作，并最终将格式化的结果作为字符串返回，或直接返回到输出流。

## 输入操作符 ##

### 为什么使用重载操作符 ###

format库在形成过程中考虑过很多系统形式的实现，比如完全仿照printf()，在函数里接受所有待格式化参数：

format("%s, %d...", x0, x1, ...);

基于类型安全的考虑，format不能使用省略号来实现可变参数。如果使用函数的调用形式，那么就需要定义不同参数类型的模板函数，比如：

template<class T1, class T2, .., class TN>
    string format(string s, const T1& x1, ...., const T1 &xN);

但是C++编译期可能不支持可变参数模板特性，因此，为了保证代码的兼容性就必须使用操作符的方式来接受参数，而且输出/输出流的operator<< 已经应用了很多年，证明了这种方式确实有效。

二元操作符operator%()的声明如下：

format& operator%(T& x);

它接受format对象和任意值作为参数，然后返回format对象的引用，因此可以在对返回的format对象实施%操作符，… 从而能接受无限个待格式化的参数

### 为什么使用operator% ###

为什么不使用operator<<，operator\[\]，operator()… 而要使用operator%

*  operator<<已经被定义为流输出，如果format也使用operator<<，那么在编写代码时很容易造成概念上的混乱，编译期无法区分那些是用于格式化，那些是用于流输出；而且format本身也支持流输出，还有于其他算术运算符的优先级问题。总之，operator<<不是一个好选择
 *  operator\[\]、()，`,`当然也可以使用，但是代码风格不如%好看，也不能清楚的表明格式化操作意图。注：assign库里重载了()和`,`操作符，同样串联了多个参数：

format(...)[x][y][z]
    format(...)(x)(y)(z)
    format(...) x, y, z

*  printf也是使用%来格式化操作的，因此format遵循了前例

## 高级用法 ##

format提供了printf的功能，但它并不等同于printf函数。在通常的格式化字符串以外，format类还有几个高级功能，可以在运行时修改格式化选项、绑定输入参数。

这些高级功能用到的函数有：

basic_format& bind_arg(int argN, const T& val);

*  把格式化字符串第argN个位置的输入参数固定为val，即使调用clear()也保持不变，除非调用clear\_bind()和clear\_binds()

basic_format& clear_bind(int argN);

*  取消格式化字符串第argN位置的参数绑定

basic_format& clear_binds();

*  取消格式化字符串所有位置的参数绑定，并调用clear

basic_format& modify_item(int itemN, T manipulator)

*  设置格式化字符串第itemN位置的格式化选项，manipulator是一个boost::io::group()返回的对象

boost::io::group(T1 a1, ..., Var const & var)

*  它是一个模板函数，最多支持10个参数(10个重载形式)，可以设置输入/输出流操作器以指定格式或输入参数值，输入/输出流操作器位于头文件`<iomapip>`

## 例子： ##

using namespace std;
    using boost::format;
    using boost::io::group;

*  简单的输出，重新排序

cout << format("%1% %2% %3% %2% %1% \n") % "11" % "22" % "333"; // 'simple' style.
    
    //It prints : "11 22 333 22 11 \n"

*  更精确的格式化，使用Posix-printf位置指令

cout << format("(x,y) = (%1$+5d,%2$+5d) \n") % -23 % 35;     // Posix-Printf style
    
    // It prints : "(x,y) = ( -23, +35) \n"

*  经典的printf指令，没有重排序

cout << format("writing %s,  x=%s : %d-th step \n") % "toto" % 40.23 % 50; 
    
    //It prints : "writing toto, x=40.23 : 50-th step \n"

*  表达同一件事的几种方式

cout << format("(x,y) = (%+5d,%+5d) \n") % -23 % 35;
    cout << format("(x,y) = (%|+5|,%|+5|) \n") % -23 % 35;
    
    cout << format("(x,y) = (%1$+5d,%2$+5d) \n") % -23 % 35;
    cout << format("(x,y) = (%|1$+5|,%|2$+5|) \n") % -23 % 35;
    
    // all those print : "(x,y) = ( -23, +35) \n"

*  使用操纵符修改格式字符串

format fmter("_%1$+5d_ %1$d \n");
    
    format fmter2("_%1%_ %1% \n");
    fmter2.modify_item(1, group(showpos, setw(5)) ); 
    
    cout << fmter % 101 ;
    cout << fmter2 % 101 ;
    // Both print the same : "_ +101_ 101 \n"

*  使用带参数的操纵符

cout << format("_%1%_ %1% \n") % group(showpos, setw(5), 101);
    // 每次出现%1%时都应用操纵符，因此它打印:“_ +101_ +101 \n”

*  新的格式特性:‘绝对表格’，有用的内部循环，以确保字段打印在同一位置从一行到下一行，即使前面的参数的宽度可能变化很大。

for(unsigned int i=0; i < names.size(); ++i)
        cout << format("%1%, %2%, %|40t|%3%\n") % names[i] % surname[i] % tel[i];

*  高级用法

format fmt("%1% %2% %3% %2% %1% \n") ; //声明format对象，有三个输入参数，五个格式化参数
    cout << fmt %1 %2 % 3;
    
    fmt.bind_arg(2, 10);  //将第二个输入参数固定为数字10
    cout << fmt %1 %3;  //输入其他两个参数
    
    fmt.clear();            //清空缓冲，但绑定的参数不变
    
    //在%操作符中使用group(), 指定输入/输出流操作符第一个参数显式为8进制
    cout << fmt % group(showbase, oct, 111) % 333;
    
    fmt.clear_binds();   //清楚所有绑定参数
    
    //设置第一个格式化项, 十六进制，宽度为8，右对齐，不足位用*填充
    fmt.modify_item(1, group(hex, right, showbase, setw(8), setfill('*')));
    
    cout << fmt % 49 % 20 % 100;

## 性格优化 ##

printf不进行类型检查，直接向stdout输出，因此它的速度非常快，而format较printf做了很多安全检查的工作，因此性能略差，速度上要慢一些

如果很在意format的性能，那么可以先建立const format对象，然后拷贝这个对象进行格式化操作，这样比直接使用format对象能够提高速度：

const format fmt("%10d %020.8f"); //常量对象
    cout << format(fmt) % 62 % 2.236; //拷贝使用

## 格式化语法 ##

boost::format( format-string ) % arg1 % arg2 % ... % argN

format-string包含文本，其中的特殊指令将被指定参数格式化后的字符串所取代。C和c++世界中的遗留语法是printf所使用的语法，因此format可以直接使用printf格式字符串，并产生相同的结果(几乎在所有情况下。详情请参阅[printf不兼容][printf])

这个核心语法得到了扩展，允许了新的特性，同时也适应了c++流上下文。因此，format接受format-strings中几种形式的指令:

*  遗留的printf格式字符串，比如
    
     *  `%05d`：输出宽度为5的整数，不足位用0补充
     *  `%-8.4f`：输出左对齐，总宽度为8，小数位3的浮点数
     *  `% 10s`：输出10位的字符串，不足位用空格补充
     *  `%05X`：输出宽度为5的大写十六进制整数，不足位用0填充
     *  %spec其中spec是一个[printf格式规范][printf 1]。spec传递格式化选项，如宽度、对齐方式、用于格式化数字的数字基数，以及其他特定的标志。但是printf的经典类型规范标志在格式上的含义较弱。它仅在内部流和/或格式化参数上设置适当的标志，但不要求相应的参数为特定类型。
     *  比如：2$x，对于printf来说意味着“打印参数2，这是一个整数，以十六进制表示”，对于格式来说仅仅意味着“打印参数2的stream basefield标志设置为十六进制”。
 *  `%| spec|`
    
     *  与printf格式选项功能相同，但两边增加了竖线分隔，可以更好的区分格式化选项和普通字符
     *  例如:"`%|-5|`"将格式化下一个变量，宽度设置为5，并左对齐，就像下面的printf指令:`"%-5g"， "%-5f"， "%-5 "`…
 *  `%N%`
    
     *  标记第N个参数，相当于占位符，不带任意其他格式化选项

[20210518164736323.png]: /images/20220413/0ce6672d6c2e44d491401d336789ca4a.png
[printf]: https://www.boost.org/doc/libs/1_76_0/libs/format/doc/format.html#printf_differences
[printf 1]: https://www.boost.org/doc/libs/1_76_0/libs/format/doc/format.html#printf_directives

boost：format

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