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C/C++字符串格式化全解析：从printf到std::format的安全演进与实战指南

article 2025/2/22 15:20:32

C 语言中的格式化函数对比

1. `printf` / `fprintf` / `sprintf` 的异同

函数	输出目标	返回值	主要用途
`printf`	标准输出 (`stdout`)	写入的字符数	控制台输出
`fprintf`	任意文件流 (`FILE*`)	写入的字符数	文件或日志写入
`sprintf`	字符数组 (`char[]`)	写入的字符数	内存中构造字符串

代码示例：

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
 #include <iostream>
 #include <time.h>
 using namespace std;
 int main()
 {
     const int len = 128;
     time_t tx = time(nullptr);
     struct tm* p = localtime(&tx);
     char buff[len] = {};
     fprintf(stdout, "%4d/%02d/%02d/-%02d:%02d:%d\n", 
                         p->tm_year+1900,p->tm_mon+1,
                         p->tm_mday,p->tm_hour,p->tm_min,p->tm_sec);
     sprintf(buff, "%4d/%02d/%02d/-%02d:%02d:%d\n",
         p->tm_year + 1900, p->tm_mon + 1,
         p->tm_mday, p->tm_hour, p->tm_min, p->tm_sec);
     cout << buff << endl;
     return 0;
 }

关键风险： sprintf 无缓冲区越界检查，若格式化后的字符串长度超过 buff 的大小会导致缓冲区溢出。 ✅ 安全改进： 使用 snprintf 指定最大写入长度：

 snprintf(buff, len, "...");  // 保证不超过 len-1 字节

C++ 中的字符串格式化

1. 流式输出 (`std::ostringstream`)

核心优势：

类型安全：无需手动匹配格式符（如 %d vs %s）
内存安全：自动管理缓冲区，无需预分配固定大小
扩展性：支持自定义类型的 operator<< 重载

代码示例：

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
 #include <iostream>
 #include <time.h>
 #include <sstream>
 using namespace std;
 int main() 
 {
     time_t tx = time(nullptr);
     struct tm *tmbuf = localtime(&tx);
     ostringstream oss;
     oss << (tmbuf->tm_year + 1900) << "/"
         << (tmbuf->tm_mon + 1) << "/"
         << tmbuf->tm_mday << " "
         << tmbuf->tm_hour << ":"
         << tmbuf->tm_min << ":"
         << tmbuf->tm_sec;
 
     string datetime = oss.str();
     cout << datetime << endl;
     return 0;
 }

2. C++20/23 格式化库 (`std::format`，需编译器支持)

 #include <format>
 
 int main() {
     int year = 2024, month = 7, day = 17;
     auto str = format("{:04}/{:02}/{:02}", year, month, day);
     // 输出 "2024/07/17"
     return 0;
 }

特点：

类似 Python 的 str.format 语法
编译时格式字符串检查（C++20 起支持 consteval）
高性能且类型安全

跨语言对比与最佳实践

特性	C (`sprintf`)	C++ (`ostringstream`)	C++20 (`std::format`)
类型安全	❌ 易出错	✅ 安全	✅ 安全
缓冲区溢出风险	❌ 高风险	✅ 无	✅ 无
格式化灵活性	✅ 高	⚠️ 中等（需手动填充）	✅ 高
性能	✅ 高	⚠️ 中等	✅ 高
代码可读性	❌ 低	✅ 高	✅ 高

实战建议

C 语言场景
- 始终优先使用 snprintf 而非 sprintf
- 检查返回值以确认实际写入长度：
```
 if (n >= len) { /* 处理截断 */ }
```

C++ 场景

通用场景：使用 std::ostringstream，适合简单拼接和类型安全需求
高性能/复杂格式化：使用 std::format（需 C++20）

旧代码兼容：可封装 snprintf 到 std::string：

 string format(const char* fmt, ...) {
     char buf[1024];
     va_list args;
     va_start(args, fmt);
     vsnprintf(buf, sizeof(buf), fmt, args);
     va_end(args);
     return buf;
 }

时间格式化专用工具 C++11 起可使用 <chrono> + std::put_time：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <iomanip>
#include <chrono>
using namespace std;
int main()
{
	auto now = chrono::system_clock::now();
	time_t t = chrono::system_clock::to_time_t(now);
	ostringstream oss;
	oss << put_time(localtime(&t), "%Y/%m/%d %H:%M:%S");
	string datetime = oss.str();
	cout << datetime << endl;
	return 0;
}