是否可以像 python f-strings 那样在 C++ 中格式化字符串？答案

【问题标题】：Is it possible to format strings in C++ like python's f-strings?是否可以像 python f-strings 那样在 C++ 中格式化字符串？
【发布时间】：2020-07-07 17:53:36
【问题描述】：

在 Python 中，可以使用 f-strings 方便地格式化字符串：

a = 42
print(f"a = {a}") # prints "a = 42"

是否有可能在编译时在 C++ 中做这样的事情，或者format("a = {}", a); 是最接近 f-strings 的东西？

编辑：我并不是说这些格式化方法应该在运行时起作用。编译器不能在编译时通过名称查找当前范围内可见的变量吗？比如，如果遇到字符串f"foo = {foo}"，它可以在代码中将此字符串替换为std::format("foo = {}", foo)

【问题讨论】：

C++ 不具备使这成为可能的反射功能。编译后，a 变量就消失了，它充其量只是一个值。在许多情况下，它会完全消失。
我赞成这个问题，因为它太可爱了，但 C++ 不太可能做到这一点。到目前为止，我对 C++ 输出格式最不满意的是 fmt 库：github.com/fmtlib/fmt

标签： python c++ f-string

【解决方案1】：

C++ 没有反射。因此，不可能通过名称提供对变量的引用。

但正如@NicolBolas 指出的那样，即使如果存在反射，也需要更多。它不仅需要大量的语言支持（告诉被调用函数调用范围内的变量是什么），而且还会阻止大量优化。编译器无法删除任何变量，因为格式字符串（在编译时未知时）最终可能会引用范围内的任何变量。

所以，不。 std::format 是最接近的。

【讨论】：

反思只是完成这项工作所需的开始。
是的，好点。我会尽量让答案更清楚。
我并不是说这些格式化方法应该在运行时工作。编译器不能在编译时通过名称查找当前范围内可见的变量吗？比如，如果遇到字符串f"foo = {foo}"，它可以在代码中将此字符串替换为std::format("foo = {}", foo)
我们对 C++ 中的预处理器有很多~乐趣~的痛苦，委员会不可能批准这样的替换（嗯，我希望）
对不起，我不明白为什么 Bamberghh 的建议不是一个简单的解决方案，可以在编译时使用。这两种语法在 1:1 关系中是等价的，不是吗？如果是这样，我看不到复杂性。请解释。为什么这不能只是 std::format 的语法糖？

【解决方案2】：

C++ 没有 f-string 机制。 String interpolation 在现有语言中是不可能的。即使使用编译时函数调用，您也需要让这样的函数“伸出”到调用者的范围内，以检索这些变量的内容并适当地格式化它们。这意味着基于函数的字符串插值机制的行为必须有所不同，不仅基于它采用的字符串，而且基于它被调用的位置。

这不是 C++ 真正允许的。

【讨论】：

为什么这与std::format("foo = {}", foo) 的情况不同？
@Gulzar：因为 编译器 没有从字符串中找到一个名为“foo”的变量，并将其插入到命令中。如果你想传入foo，那么foo 必须显式地成为函数调用中的变量之一。该函数调用与任何其他 C++ 函数调用一样工作；不需要编译器魔法。
我想要的魔法是写printf(f"foo={foo}") 并让编译器将其理解为printf(std::format("foo = {}", foo))。这是可行的吗？不好吗？如果不好，请解释原因？
@Gulzar：我知道你想要什么。但这需要更改语言。就目前而言，它不能在 C++ 中完成。 OP 专门询问在 C++ 中可以做些什么来使其工作，而不是语言更改是否可以使其工作。

【解决方案3】：

没有好办法。

使用一些繁重的宏，您可以实现F(a = ARG(a)) 之类的语法（其中F 和ARG 是宏），它会有点工作，但有很大的限制（见下文） .

这是一个依赖于 libfmt 的示例实现：

#define F(...) F_LOW( (str, __VA_ARGS__ ) )
#define ARG(...) )(expr, __VA_ARGS__ )(str,

#define F_LOW(...) ::fmt::format(F_END(F_STR_LOOP_A __VA_ARGS__) F_END(F_ARG_LOOP_A __VA_ARGS__))

#define F_END(...) F_END_(__VA_ARGS__)
#define F_END_(...) __VA_ARGS__##_END

#define F_CAT(a, b) F_CAT_(a, b)
#define F_CAT_(a, b) a##b

#define F_STR_LOOP_A(...) F_STR_LOOP_BODY(__VA_ARGS__) F_STR_LOOP_B
#define F_STR_LOOP_B(...) F_STR_LOOP_BODY(__VA_ARGS__) F_STR_LOOP_A
#define F_STR_LOOP_A_END
#define F_STR_LOOP_B_END
#define F_STR_LOOP_BODY(tag, ...) F_CAT(F_STR_LOOP_BODY_, tag)(__VA_ARGS__)
#define F_STR_LOOP_BODY_str(...) #__VA_ARGS__
#define F_STR_LOOP_BODY_expr(...) "{}"

#define F_ARG_LOOP_A(...) F_ARG_LOOP_BODY(__VA_ARGS__) F_ARG_LOOP_B
#define F_ARG_LOOP_B(...) F_ARG_LOOP_BODY(__VA_ARGS__) F_ARG_LOOP_A
#define F_ARG_LOOP_A_END
#define F_ARG_LOOP_B_END
#define F_ARG_LOOP_BODY(tag, ...) F_CAT(F_ARG_LOOP_BODY_, tag)(__VA_ARGS__)
#define F_ARG_LOOP_BODY_str(...)
#define F_ARG_LOOP_BODY_expr(...) , __VA_ARGS__

例如，使用这些宏 F(a=ARG(a), b=ARG(b)) 将等同于 pythonic f"a={a}, b={b}"，并将扩展为

::fmt::format("a=" "{}" ", b=" "{}" "", a, b)

相当于

::fmt::format("a={}, b={}", a, b)

目前看起来不错？它甚至可以处理转义序列（以某种方式）！

这里是提到的主要缺点：

任何空白字符序列都将替换为单个空格。
- 此外，所有前导和尾随空格以及 ARG 周围的所有空格都将被删除。
字符串中的所有宏都被展开。
字符串不能包含不平衡的括号。
ARG(...) 不能出现在括号内。

IMO，这使得它无法用于除调试输出之外的任何内容。

可能的解决方法包括：

将语法更改为以下之一：
- F("a = " ARG(a))（我不喜欢它的样子）
- F("a = ", (a))（看起来不错，但需要 Boost.Preprocessor 或等效生成的宏）
- F("a = ", ARG a)（同）
- F("a = ", ()a)（相同）
添加一个子宏（类似于ARG），比如STR("...")，以逐字包含字符串文字。这将允许您包含任何您想要的空格/括号/未扩展的宏/...。

例如：F(a = ARG(A)) 给你a =42。如果你想在= 后面有一个空格，你可以使用F(a = STR(" ") ARG(A))。

语法太晦涩难懂，因此将其实现留给读者作为练习。
...

奖励：使用正确的标志（或#pragmas），大多数编译器都允许您在宏名称中包含$。这意味着您可以使用$(expr) 而不是ARG(expr)，如果您愿意...

【讨论】：

【解决方案4】：

如果你只想打印一个包含变量的字符串，你总是可以使用古老的printf() 函数。

char my_name[] = "Michael";
int my_age = 107;
printf("Hello my name is %s. I am %d years old.", my_name, my_age);

sprintf() 是一种变体，它允许您将输出保存为字符串（字符数组）并再次使用它，或者在嵌入式系统的情况下将其发送到串行端口。

我对 C 比对 python 更熟悉，所以如果我遗漏了什么，请解释一下。

【讨论】：

请记住，sprintf 实际上是不安全的——因为它不检查目标缓冲区的长度，所以您可以覆盖您不应该访问的内存。最好使用std::snprintf（尽管如果您传递的缓冲区大小比您正在写入的缓冲区大，它在技术上仍然不安全）

【解决方案5】：

不，C++ 中没有字符串插值。我在这个领域发现的唯一工作是 2015 年 google 的“非常非常粗略的提案草案”Interpolated String Literals。

我们刚刚在 C++20 中获得了 formatting library，甚至在任何标准库实现中都是 does not appear to be yet implemented（截至 2020 年 7 月）。字符串插值需要语言支持，与更改库相比，标准委员会总是更不愿意更改语言。

【讨论】：

【解决方案6】：

我认为在 c++ 中使用“f-string”之类的最简单方法是对另一个问题C++: how to get fprintf results as a std::string w/o sprintf的公认答案@

【讨论】：