c++20的std::format库比printf有哪些优势？ (类型安全与可扩展性)

std::format 比 printf 更类型安全

printf 系列函数完全依赖格式字符串与参数顺序、类型的**手动匹配**，编译器无法检查 %d 后跟的是 double 还是 int*，运行时行为未定义，容易崩溃或输出乱码。而 std::format 在编译期就做类型推导和格式适配：不匹配的类型会直接报错，比如用 {} 格式化一个没有重载 std::formatter 特化的自定义类，编译失败；传 std::string_view 给 {:x}（要求整数）也会被拒绝。

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• 所有参数类型由模板自动推导，无需记忆 %lld、%zu 等易错标识符
• 空指针传给 std::format("{}", ptr) 不会像 printf("%s", nullptr) 那样触发 SIGSEGV（默认转为空字符串）
• 宽字符、UTF-8 字符串、std::chrono::time_point 等原生支持，不用手写转换逻辑

std::format 支持用户自定义类型的无缝格式化

printf 完全无法处理自定义类型，必须先手动转成 C 风格字符串再传入。而 std::format 通过特化 std::formatter 模板，让任意类型能参与统一格式系统。这个过程是零开销抽象——不引入虚函数或运行时查找。

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• 为结构体特化 std::formatter，就能直接写 std::format("{}", my_obj)
• 支持格式说明符扩展，例如让 MyVector 响应 {:.2f} 表示只显示前两项浮点值
• 可复用标准库已有 formatter，如继承 std::formatter<:string> 并重载 parse() 和 format()

template<>
struct std::formatter : std::formatter {
  auto format(const Point& p, format_context& ctx) const {
    return format_to(ctx.out(), "({:.1f}, {:.1f})", p.x, p.y);
  }
};

格式字符串在编译期解析，避免运行时错误

printf 的格式串是纯运行时字符串，"%s %d" 少传一个参数不会报错，而是读取栈上随机内存；多传则被忽略。而 std::format 的格式串（字面量字符串）在编译期被解析，参数个数、类型、说明符合法性全部验证。非法格式如 "{: 或 "{:X}"（对非整数）直接编译失败。

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• 使用字符串字面量（"{}"）触发编译期检查；若必须用运行时字符串，改用 std::vformat，但失去类型安全
• IDE 和 clangd 可对 std::format 提供实时参数提示，而 printf 仅靠正则匹配，不可靠
• 格式串中嵌套大括号需写成 {{ 和 }}，和 Python f-string 一致，不易混淆

性能与 ABI 稳定性实际表现

很多人担心 std::format 因模板泛化更慢，但实测主流实现（libc++、MSVC STL）在简单场景下与 snprintf 性能相当，复杂格式（如带精度、填充、本地化）反而更快——因为避免了多次缓冲区试探和重分配。更重要的是，它不依赖 C 运行时的 locale 全局状态，线程安全。

需要注意的点：

• 首次调用某格式串可能有轻微延迟（编译期解析结果缓存），但后续极快
• 目前 std::format 不支持本地化（std::locale），如需千位分隔符或货币符号，仍需 std::put_money 等老接口
• 部分嵌入式平台 STL 实现尚未完整支持 std::format（如较旧的 libstdc++），需确认目标环境