Доброго времени суток! В этой статье я хотел бы рассказать о существующих возможностях строкового форматирования в современном C++, показать свои наработки, которые я уже несколько лет использую в реальных проектах, а также сравнить производительность различных подходов к строковому форматированию. Строковое форматирование — это операция, позволяющая получить результирующую строку из строки-шаблона и набора аргументов. Строка-шаблон содержит текст, в который включены местозаполнители (placeholders), вместо которых подставляются аргументы. Для наглядности небольшой пример: Здесь:
Строка-шаблон: I have %d apples and %d oranges, so I have %d fruits
Местозаполнители: %d, %d, %d
Аргументы: apples, oranges, apples + oranges При выполнении примера, получаем результирующую строку Теперь посмотрим, что же нам предоставляет C++ для строкового форматирования. Строковое форматирование в C осуществляется с помощью семейства функций Xprintf. С тем же успехом, мы можем воспользоваться этими функциями и в C++: Это довольно неплохой способ форматирования, несмотря на кажущуюся неуклюжесть: Но, конечно, не обошлось и без недостатков: Начиная с C++11 в стандартной библиотеке появилась функция std::to_string(), которая позволяет преобразовать передаваемое значение в строку. Функция работает не со всеми типами аргументов, а только со следующими: Пример использования: Класс std::stringstream — это основной способ строкового форматирования, который нам предоставляет C++: Строго говоря, использование std::stringstream не является в полной мере строковым форматированием, так как вместо местозаполнителей мы вставляем в строку-шаблон аргументы. Это допустимо в простейших случаях, но в более сложных существенно ухудшает читаемость кода: сравните с: Объект std::sringstream позволяет реализовать несколько интересных оберток, которые могут понадобится в дальнейшем. Преобразование "чего угодно" в строку: Преобразование строки во "что угодно": Преобразование строки во "что угодно" с проверкой: Также, можно написать пару оберток для удобного использования std::stringstream в одну строку. Использование объекта std::stringstream для каждого аргумента: Использование одного объекта std::stringstream для всей строки: Забегая вперед, оказывается, что производительность std::to_string в 3-4 раза выше, чем у to_string, реализованной с помощью std::stringstream. Поэтому, логично будет использовать std::to_string для подходящих типов, а для всех остальных использовать шаблонную to_string: Набор библиотек boost является мощным средством, отлично дополняющим средства языка C++ и стандартной библиотеки. Строковое форматирование представлено библиотекой boost::format. Поддерживается указание как типовых местозаполнителей: так и порядковых: Единственный недостаток boost::format — низкая производительность, это самый медленный способ строкового форматирования. Также этот способ неприменим, если в проекте нельзя использовать сторонние библиотеки. Итак, получается, что C++ и стандартная библиотека не предоставляют нам удобных средств строкового форматирования, поэтому будем писать что-то свое. Попробуем написать обертку над Xprintf функцией, выделяя достаточно памяти и передавая произвольное количество параметров.  Для выделения памяти будем использовать следующую стратегию:  Для передачи параметров будем использовать механизм stdarg и функцию vsnprintf. Здесь стоит разъяснить пару нюансов. Возвращаемое значение функций Xprintf зависит от платформы, на некоторых платформах, в случае неуспеха, возвращается -1, в этом случае мы увеличиваем буфер в два раза. На других платформах возвращается длина результирующей строки (без учета нулевого символа), в этом случае мы сразу можем выделить столько памяти, сколько необходимо. Более подробно о поведении функций Xprintf на различных платформах можно почитать здесь. Также, на некоторых платформах, vsnprintf() "портит" список аргументов, поэтому копируем его перед вызовом. Я начал использовать эту функцию еще до появления C++11 и с небольшими изменениями продолжаю использовать по сегодняшний день. Основное неудобство при использовании — отсутствие поддержки std::string в качестве аргументов, поэтому нужно не забывать добавлять .c_str() ко всем строковым аргументам: В C++ начиная с C++11 появилась возможность использовать шаблоны с переменным количеством аргументов (Variadic Templates).  Такие шаблоны можно использовать при передаче аргументов в функцию форматирования. Также, нам больше не нужно заботиться о типах аргументов, так как мы можем использовать шаблонную to_string, которая была реализована ранее. Поэтому будем использовать порядковые местозаполнители. Для получения всех аргументов отделяем первый аргумент, преобразуем его в строку, запоминаем и рекурсивно повторяем эту операцию. В случае отсутствия аргументов или при их окончании (конечная точка рекурсии) выполняем разбор строки-шаблона, подстановку аргументов и получаем результирующую строку. Таким образом, у нас есть все, чтобы полностью реализовать функцию форматирования: парсинг строки-шаблона, сбор и преобразование в строку всех параметров, подстановку параметров в строку-шаблон и получение результирующей строки: Алгоритм получился достаточно эффективным, работает за один проход по строке форматирования. В случае, если вместо местозаполнителя не удается вставить аргумент, он остается без изменений, исключений не генерируется. Примеры использования: Сравнение производительности to_string и std::to_string, миллисекунд на миллион вызовов   Сравнение производительности функций форматирования, миллисекунд на миллион вызовов  Спасибо за внимание. Замечания и дополнения приветствуются.