C语言

printf

这是C语言提供的输出语句，示例如下 

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#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 

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#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：从设计的角度，它炫技式地采用了菱形继承的方式。在实际使用中，流式输入输出除了基本使用比较简单，在其它方面有非常多的缺点，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。

iostream的效率也是一直饱受诟病的，因为设计和兼容性原因，C++ 的标准输入输出（cin 和 cout）的效率会明显低于 C 的标准输入输出（scanf 和 printf）：

  • cin 和 cout 是绑定在一起的。这意味着在调用 cin 进行输入时，cout 会被自动刷新，以确保任何未输出的数据在读取输入之前会被显示。这种自动刷新虽然保证了输出的时效性，但会降低效率，特别是在需要频繁进行输入输出时。
  • C++ 的标准输入输出（cin 和 cout）与 C 的标准输入输出（scanf 和 printf）是保持同步的。这意味着每次使用 cin 或 cout 时，都会检查 C 的流是否有输出或输入，以确保数据的一致性。

可以使用下面的语句来优化 C++ 的输入输出效率 

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// 关闭输入输出缓存同步
ios::sync_with_stdio(false);

// 解除cin和cout的默认绑定
cin.tie(NULL); cout.tie(NULL);

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 

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#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 

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#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 

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#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 

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#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;
}