std::format(C++20)

namespace std {
  template<class... Args>
  string format(format_string<Args...> fmt, const Args&... args);                      // (1)

  template<class... Args>
  wstring format(wformat_string<Args...> fmt, const Args&... args);                    // (2)

  template<class... Args>
  string format(const locale& loc, format_string<Args...> fmt, const Args&... args);   // (3)

  template<class... Args>
  wstring format(const locale& loc, wformat_string<Args...> fmt, const Args&... args); // (4)
}

概要

書式文字列fmtに従ったフォーマットでargs...の文字列表現を文字列オブジェクトで返す。ロケールlocが指定された場合は、ロケール依存のフォーマットにおいて使用される。

• (1): マルチバイト文字列版
• (2): ワイド文字列版
• (3): マルチバイト文字列版 (ロケール指定あり)
• (4): ワイド文字列版 (ロケール指定あり)

string message = format("The answer is {}.", 42); // => "The answer is 42."

書式文字列は定数式でなければならず、その妥当性がコンパイル時にチェックされる。実行時に決まるフォーマット文字列を使用したい場合、vformatを使用できる。

書式文字列

書式文字列中では、{と}で囲まれた範囲が置換フィールドとなる(エスケープシーケンスは{{と}})。

置換フィールドの書式は次の通り([]は省略可の意味)。

{ [引数ID] [: オプション] }

• 引数IDは0から始まる番号で、何番目の引数で置換するかを指定する。
• 引数IDを一部のフィールドだけに書くことはできない(すべての置換フィールドに指定するか、すべての置換フィールドで指定しないかのどちらかのみ)。違反した場合はコンパイルエラーとなる。
• オプションの書式は引数の型によって異なる。

string s0 = format("{} {}",   "a", "b"); // OK
string s1 = format("{1} {0}", "a", "b"); // OK
string s2 = format("{0} {}",  "a", "b"); // コンパイルエラー
string s3 = format("{} {1}",  "a", "b"); // コンパイルエラー

標準のオプション書式

組み込みの型に対して使える標準のオプション書式は次の通り([]は省略可の意味)。 基本的にprintfの書式を踏襲しているが、あくまでもオプションであり、省略しても<iostream>と同じようにデフォルトの書式が使われる。

[[fill] align] [sign] ['#'] ['0'] [width] ['.' precision] [type]

• fill : アライメントに使う文字 (デフォルト: スペース)
• align : アライメント(デフォルトは型による)
  • > : 右寄せ
  • < : 左寄せ
  • ^ : 中央寄せ
• sign : 符号
  • + : 正の数でも符号を表示する
  • - : 負の数の場合のみ符号を表示する(デフォルト)
  • スペース : 正の数にはスペースを表示する
• # : 代替表現(0xなど形式がわかる表記)を使う
• 0 : 符号を考慮して0で埋める
• width : 幅 (省略時は値に応じて幅が決まり、アライメントは機能しない)
  • 置換フィールドを使って変数で指定できる
• precision : 精度(浮動小数点数の場合)、使う文字数(文字列の場合)
  • 置換フィールドを使って変数で指定できる
• type : 値の表現方法(表を参照)

printfとの違いとして、デフォルトではロケール非依存(Cロケール固定)である。ロケール依存のフォーマットをするにはnオプションを使う。 ロケール非依存の場合、算術型の出力はto_charsと同じになる。

文字列型の場合

文字型 / bool型 / 整数型の場合

イテレータ範囲[first, last)をto_charsの結果を格納するのに十分な範囲、valueをフォーマットする値、charTをcharまたはwchar_tとする。

• 以下の表の通りにto_charsを呼び出したあと、その結果を出力へコピーするかのような振る舞いをする。ただし、実際にto_charsを呼び出すかどうかは規定されていない。
• 実際には、出力へコピーする際にパディングなども行われる。

浮動小数点数型の場合

ポインタの場合

ポインタはvoid*のみサポートする。それ以外のポインタは、void*にキャストしなければ出力できない。

Range・シーケンスコンテナの書式 (C++23)

Range・シーケンスコンテナに対して使用できる標準のオプション書式は次の通り([]は省略可の意味)。

[[fill] align] [width] [n] [range-type] [: range-underlying-spec]

• fill : アライメントに使う文字 (デフォルト: スペース)
• align : アライメント(デフォルトは型による)
  • > : 右寄せ
  • < : 左寄せ
  • ^ : 中央寄せ
• width : 幅 (省略時は値に応じて幅が決まり、アライメントは機能しない)
  • 置換フィールドを使って変数で指定できる
• n : 囲み文字をなくす
• range-type : Range・コンテナの表現方法(表を参照)
• range-underlying-spec : 要素の書式 (この上にある表を参照)

• ?s書式を指定した場合、nオプションと、range-underlying-specは指定できない。
• コンテナがstd::vector<bool>である場合、その要素型はboolとして処理される
• Range・シーケンスコンテナでは、要素型がデバッグ出力可能である場合、それがデフォルトで有効となる
  • 要素型の書式を指定して、デバッグ出力指定をしなければ、デフォルトで有効になっているデバッグ出力を解除できる
• コンテナアダプタであるstd::queue、std::priority_queue、std::stackも使用できる

連想コンテナの書式 (C++23)

Range・シーケンスコンテナと同じだが、デフォルトでm書式を適用する。

pair、tupleの書式 (C++23)

std::pairとstd::tupleに対して使用できる標準のオプション書式は次の通り([]は省略可の意味)。

[[fill] align] [width] [tuple-type]

• fill : アライメントに使う文字 (デフォルト: スペース)
• align : アライメント(デフォルトは型による)
  • > : 右寄せ
  • < : 左寄せ
  • ^ : 中央寄せ
• width : 幅 (省略時は値に応じて幅が決まり、アライメントは機能しない)
  • 置換フィールドを使って変数で指定できる
• n : 囲み文字をなくす
• tuple-type : pairとtupleの表現方法(表を参照)

• 要素型ごとに個別に書式を指定することはできない
• デバッグ出力可能な要素型の場合、デバッグ出力は常に有効

書式例

char c = 120;
format("{:6}", 42);      // "    42"
format("{:6}", 'x');     // "x     "
format("{:*<6}", 'x');   // "x*****"
format("{:*>6}", 'x');   // "*****x"
format("{:*^6}", 'x');   // "**x***"
format("{:6d}", c);      // "   120"
format("{:6}", true);    // "true  "

double inf = numeric_limits<double>::infinity();
double nan = numeric_limits<double>::quiet_NaN();
format("{0:},{0:+},{0:-},{0: }", 1);   // "1,+1,1, 1"
format("{0:},{0:+},{0:-},{0: }", -1);  // "-1,-1,-1,-1"
format("{0:},{0:+},{0:-},{0: }", inf); // "inf,+inf,inf, inf"
format("{0:},{0:+},{0:-},{0: }", nan); // "nan,+nan,nan, nan"

char c = 120;
format("{:+06d}", c);   // "+00120"
format("{:#06x}", 0xa); // "0x000a"
format("{:<06}", -42);  // "-42   "

format("{}", 42);                      // "42"
format("{0:b} {0:d} {0:o} {0:x}", 42); // "101010 42 52 2a"
format("{0:#x} {0:#X}", 42);           // "0x2a 0X2A"
format("{:n}", 1234);                  // "1,234" (ロケールによる)

コンパイル時の書式文字列チェック

format_string および basic_format_string は次のように定義される。ただし、クラス名は規定されない。

namespace std {
  template<class charT, class... Args> struct basic_format_string { // exposition only
  private:
    basic_string_view<charT> str; // exposition only

  public:
    template<class T> consteval basic_format_string(const T& s): str(s) {
      /*何らかのコンパイル時書式文字列チェック*/
    }
  };

  template<class... Args> using format_string
    = basic_format_string<char, type_identity_t<Args>...>; // exposition only

  template<class... Args> using wformat_string
    = basic_format_string<wchar_t, type_identity_t<Args>...>; // exposition only

basic_format_string のコンストラクタは即時関数であり、書式文字列が正しい場合にのみ定数式として評価できるように実装される。即時関数であるため、定数式として評価できない場合はエラーとなる。

書式文字列チェックをエラーがあった場合に例外を投げるような実装をすれば、throwは定数式として評価できないため、コンパイルエラーとすることが可能である。

適格要件

• 書式文字列は定数式であり、string_view(ワイド文字列版はwstring_view)に暗黙変換できること。
• 書式文字列にエラーがないこと。例えば、
  • 閉じていないカッコなどの構文エラーがないこと。
  • 実際に渡している引数の型が、書式文字列中の置換フィールドに要求される型と合うこと。

効果

以下のコードと等しい。

return vformat(fmt.str, make_format_args(args...));  // (1)
return vformat(fmt.str, make_wformat_args(args...)); // (2)
return vformat(loc, fmt.str, make_format_args(args...)); // (3)
return vformat(loc, fmt.str, make_wformat_args(args...)); // (4)

戻り値

args...の文字列表現を保持する文字列

例外

フォーマット実行時に失敗した場合、format_errorを投げる。ただし、書式文字列に問題がある場合はコンパイルエラーとなる。

備考

• マルチバイト文字列、ワイド文字列の区別は、可変長引数部分で受け取れる文字列の型にも適用される。
  • 例えば、フォーマット文字列がマルチバイトの場合、引数にワイド文字列を渡すことは標準ではできない。
  • ユーザー定義フォーマッターで拡張することは可能。
• to_charsはワイド文字列に対応していない。
  • ワイド文字列版のときはマルチバイト文字列から変換すると考えられる。
  • あるいは、to_wcharsのようなものを作り、それを使うことも考えられる。

例

基本的な使い方 (C++20)

#include <iostream>
#include <format>

int main()
{
  std::cout << std::format("The answer is {}.", 42) << std::endl;
}

出力

The answer is 42.

文字・文字列を出力する (C++23)

#include <iostream>
#include <format>

int main() {
  // デフォルトの文字列出力。
  // 引用符で囲まれず「hello」が出力される
  std::cout << std::format("0. {}", "hello") << std::endl;

  // デバッグ出力 (C++23)。
  // 引用符で囲まれ「"hello"」が出力される
  std::cout << std::format("1. {:?}", "hello") << std::endl;

  // エスケープシーケンスを含む文字列をデフォルト出力。
  // エスケープシーケンスが処理され、以下のように出力される：
  // hello
  // world
  std::cout << std::format("2. {}", "hello\nworld") << std::endl;

  // エスケープシーケンスを含む文字列をデバッグ出力 (C++23)。
  // エスケープシーケンスがエスケープされて以下のように出力される：
  // "hello\nworld"
  std::cout << std::format("3. {:?}", "hello\nworld") << std::endl;
}

出力

hello
"hello"
hello
world
"hello\nworld"

コンテナ・Rangeを出力する (C++23)

#include <iostream>
#include <format>
#include <vector>
#include <map>
#include <set>
#include <ranges>

int main() {
  std::vector<int> vi = {1, 2, 3};
  std::vector<std::string> vs = {"aaa", "bbb", "ccc"};
  std::map<int, std::string> m {{1, "aaa"}, {2, "bbb"}};
  std::set<int> s = {1, 2, 3};
  auto r = std::ranges::views::iota(1, 5);

  std::cout << std::format("0. {}", vi) << std::endl;
  std::cout << std::format("1. {}", vs) << std::endl;
  std::cout << std::format("2. {}", m) << std::endl;
  std::cout << std::format("3. {}", s) << std::endl;
  std::cout << std::format("4. {}", r) << std::endl;

  // Rangeの書式指定のあと、:で区切って要素に対する書式指定ができる (ここでは16進数出力)
  std::vector<int> vx = {0xf, 0x1e, 0x3c};
  std::cout << std::format("5. {::#x}", vx) << std::endl;

  // vector<vector<T>>の場合は、:で区切られた要素の書式がRangeの書式となり、
  // さらに :で区切って要素の書式指定をする
  std::vector<std::vector<int>> vvx = {{0xf, 0x1e}, {0x3c}};
  std::cout << std::format("6. {:::#x}", vvx) << std::endl;

  // コンテナの要素型が文字・文字列型の場合はデフォルトでデバッグ出力 (?) が適用されるが、
  // 要素への書式指定として ? を指定しなければ、デバッグ出力が解除される
  std::vector<std::string> vt = {"h\tello", "w\norld", "C++"};
  std::cout << std::format("7. {:}", vt) << std::endl;
  std::cout << std::format("8. {::}", vt) << std::endl;

  // 文字を要素とするコンテナは文字列として出力させることもできる
  std::vector<char> vc = {'h', '\n', 'e', 'l', 'l', 'o'};
  std::cout << std::format("9. {:s}", vc) << std::endl;
  std::cout << std::format("10. {:?s}", vc) << std::endl;
}

出力

0. [1, 2, 3]
1. ["abc", "bbb", "ccc"]
2. {1: "aaa", 2: "bbb"}
3. {1, 2, 3}
4. [1, 2, 3, 4]
5. [0xf, 0x1e, 0x3c]
6. [[0xf, 0x1e], [0x3c]]
7. ["h\tello", "w\norld", "C++"]
8. [h    ello, w
orld, C++]
9. h
ello
10. "h\nello"

pair、tupleを出力する (C++23)

#include <iostream>
#include <format>
#include <utility>
#include <tuple>

int main()
{
  std::cout << std::format("{}", std::tuple{3, 1.23, "hello"}) << std::endl;
  std::cout << std::format("{}", std::pair{3, "hello"}) << std::endl;
}

出力

(3, 1.23, "hello")
(3, "hello")

コンテナアダプタを出力する (C++23)

#include <iostream>
#include <format>
#include <queue>
#include <stack>
#include <flat_map>
#include <flat_set>

int main()
{
  std::queue<int> que;
  que.push(1);
  que.push(2);
  que.push(3);

  std::priority_queue<int> pque;
  pque.push(1);
  pque.push(2);
  pque.push(3);

  std::stack<int> st;
  st.push(1);
  st.push(2);
  st.push(3);

  std::flat_map<int, std::string> m {{1, "aaa"}, {2, "bbb"}};
  std::flat_set<int> s = {1, 2, 3};

  // queue/priority_queue/stackは、内部で使用しているコンテナと同じ扱い
  std::cout << std::format("queue: {}", que) << std::endl;
  std::cout << std::format("priority_queue: {}", pque) << std::endl;
  std::cout << std::format("stack: {}", st) << std::endl;

  // flat_map/flat_setはmap/setと同じ扱い
  std::cout << std::format("flat_map: {}", m) << std::endl;
  std::cout << std::format("flat_set: {}", s) << std::endl;
}

出力

[1, 2, 3]
[3, 2, 1]
[1, 2, 3]
{1: "aaa", 2: "bbb"}
{1, 2, 3}

vector<bool>を出力する (C++23)

```cpp example
#include <iostream>
#include <format>
#include <vector>

int main()
{
  // vector<bool>は1要素あたり1bitのみ領域を使用するよう特殊化されている。
  // しかし、出力としては通常のbool配列と同様になるようformatterが特殊化されている
  std::vector<bool> v = {true, false, true};

  std::cout << std::format("{}", v) << std::endl;
}

出力

[true, false, true]

実装例

template<class... Args>
string format(format_string<Args...> fmt, const Args&... args)
{
  return vformat(fmt.str, make_format_args(args...));
}

template<class... Args>
wstring format(wformat_string<Args...> fmt, const Args&... args)
{
  return vformat(fmt.str, make_wformat_args(args...));
}

template<class... Args>
string format(const locale& loc, format_string<Args...> fmt, const Args&... args)
{
  return vformat(loc, fmt.str, make_format_args(args...));
}

template<class... Args>
wstring format(const locale& loc, wformat_string<Args...> fmt, const Args&... args)
{
  return vformat(loc, fmt.str, make_wformat_args(args...));
}

バージョン

言語

• C++20

処理系

• Clang: ??
• GCC: 13
• Visual C++: ??

参照

• Working Draft, Standard for Programming Language C++ [format]
• P0645R10 Text Formatting
• P1652R1 Printf corner cases in std::format
• P2216R3 std::format improvements
• ［C++］ std::formatあるいは{fmt}のコンパイル時フォーマット文字列チェックの魔術 - 地面を見下ろす少年の足蹴にされる私
• P2286R8 Formatting Ranges
  • C++23から、Range・コンテナ、pair、tupleのフォーマット出力、および文字・文字列のデバッグ指定 ("?") が追加された