C/Cpp 输出语句的变迁

C语言

printf

这是C语言提供的输出语句，示例如下

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 42;
    printf("The answer is %d.\n", number);
    return 0;
}

printf支持不定参数，占位符采用%d等。

C++

std::cout

这是C++20之前提供的基于面向对象和流输出的方式，示例如下

#include <iostream>

int main() {
    int number = 42;
    std::cout << "The answer is " << number << ".\n";
    return 0;
}

流式输出在简单的情况下比较好用，但是一旦我们需要复杂的格式化输出，这就变得非常繁琐了。

std::cout的输出是带缓冲的，可以手动调用cout.flush()清空缓冲区，如果检测到\n或者手动调用std::endl也会自动清空缓冲。

在<iostream>中实际上提供了如下一组用于输出的全局对象：

std::cout：绑定到标准输出流stdout，带缓冲
std::cerr：绑定到标准错误流stderr，不带缓冲
std::clog：绑定到标准错误流stderr，带缓冲

最后的两个的区别仅仅是是否具有缓冲区，因此std::cerr适合立即输出警告和错误信息，std::clog适合输出日志信息。

事实上，<iostream>这个库都是充满争议的，流式输入输出除了基本使用比较简单，有非常多的缺点，比如：

std::cout在复杂格式的情况下使用非常繁琐；
std::cout不是线程安全的，多线程情况下的流式输出可能会乱序，而printf不会；
std::cin在大多数情况下比scanf慢很多，除非经过一些配置才能达到相当的速度。

std::format

在C++20中参考开源库fmt提供了新的格式化方案：<format>，std::format提供的字符串格式化可以弥补std::cout的不足，使用和Python类似的{}占位

#include <iostream>
#include <format>

int main() {
    int number = 42;
    std::string result = std::format("The answer is {}.", number);
    std::cout << result << std::endl;
    return 0;
}

但这只是格式化的过程，最后还是需要使用std::cout进行输出。

在很多情况下，我们都需要使用不支持<format>的低版本编译器，可以参考下面的方式进行分类处理

#if __has_include(<format>)
#include <format>
#define USE_FORMAT
#else
#include <iomanip>
#endif

std::print

基于std::format设计新的输出函数是呼之欲出的，例如直接封装得到的std::print和自动回车的std::println。目前各大编译器对std::print的支持各不相同了，正常使用应该是下面的效果

#include <iostream>
#include <print>

int main() {
    int number = 42;
    std::print("The answer is {}.\n", number);
    return 0;
}

但是很多编译器的最新版的实现都不完整，可能需要开启C++23的语法标准，某些情况下还需要开启额外的编译选项。

可以用下面的封装作为std::print的简易实现

#include <format>
#include <iostream>

namespace my {

template <class... Args>
void print(std::iostream &stream, std::format_string<Args...> fmt,
           Args &&...args) {
    stream << std::format(fmt, std::forward<Args>(args)...);
}

template <class... Args>
void print(std::format_string<Args...> fmt, Args &&...args) {
    std::cout << std::format(fmt, std::forward<Args>(args)...);
}

template <class... Args>
void print(std::FILE *stream, std::format_string<Args...> fmt, Args &&...args) {
    std::fprintf(stream, std::format(fmt, std::forward<Args>(args)...));
}

}  // namespace my

int main() {
    int number = 42;
    my::print("The answer is {}.\n", number);
    return 0;
}