测试，生产质量答案

这个答案用符合标准的技术处理一般情况。CppReference.com页面底部附近给出了相同的方法作为示例。与他们的例子不同，这个代码符合问题的要求，并在机器人和卫星应用中进行了现场测试。它还改进了评论功能。设计质量将在下面进一步讨论。

#include <string>
#include <cstdarg>
#include <vector>

// requires at least C++11
const std::string vformat(const char * const zcFormat, ...) {

    // initialize use of the variable argument array
    va_list vaArgs;
    va_start(vaArgs, zcFormat);

    // reliably acquire the size
    // from a copy of the variable argument array
    // and a functionally reliable call to mock the formatting
    va_list vaArgsCopy;
    va_copy(vaArgsCopy, vaArgs);
    const int iLen = std::vsnprintf(NULL, 0, zcFormat, vaArgsCopy);
    va_end(vaArgsCopy);

    // return a formatted string without risking memory mismanagement
    // and without assuming any compiler or platform specific behavior
    std::vector<char> zc(iLen + 1);
    std::vsnprintf(zc.data(), zc.size(), zcFormat, vaArgs);
    va_end(vaArgs);
    return std::string(zc.data(), iLen); }

#include <ctime>
#include <iostream>
#include <iomanip>

// demonstration of use
int main() {

    std::time_t t = std::time(nullptr);
    std::cerr
        << std::put_time(std::localtime(& t), "%D %T")
        << " [debug]: "
        << vformat("Int 1 is %d, Int 2 is %d, Int 3 is %d", 11, 22, 33)
        << std::endl;
    return 0; }

可预测线性效率

根据问题规范，两个通道对于安全、可靠和可预测的可重用函数是必要的。对可重用函数中varg大小分布的假设是糟糕的编程风格，应该避免。在这种情况下，vargs的任意大变长表示是选择算法的关键因素。

在溢出时重试效率是指数级的，这是c++ 11标准委员会在讨论上述建议时讨论的另一个原因，即在写缓冲区为空时提供一个排练。

在上述生产就绪实现中，第一次运行就是这样的一个演练，以确定分配大小。没有发生分配。几十年来，printf指令的解析和vargs的读取已经变得非常高效。可重用代码应该是可预测的，即使必须牺牲一些微不足道的低效率。

安全性和可靠性

Andrew Koenig在剑桥的一次活动上演讲后对我们一小群人说:“用户功能不应该依赖于利用失败来实现普通的功能。”像往常一样，他的智慧在此后的记录中被证明是正确的。已修复和已关闭的安全错误问题通常表明在修复之前所利用的漏洞的描述中存在重试黑客。

在Alternative to sprintf, C9X revision proposal, ISO IEC Document WG14 N645/X3J11 96-008中，空缓冲区特性的正式标准修订建议中提到了这一点。在动态内存可用性的限制范围内，每个打印指令插入任意长的字符串“%s”并不是一个例外，不应该利用它来产生“非异常功能”。

考虑这个建议以及在c++ Reference.org页面底部给出的示例代码，该页面链接到这个答案的第一段。

同样，失败案例的测试很少像成功案例那样健壮。

可移植性

所有主要的os供应商提供的编译器都完全支持std::vsnprintf作为c++11标准的一部分。运行不再维护发行版的供应商的产品的主机应该提供g++或clang++，原因有很多。

堆栈使用

第一次调用std::vsnprintf时使用的堆栈将小于或等于第二次调用时使用的堆栈，并且将在第二次调用开始前释放。如果第一次调用超过堆栈可用性，那么std::fprintf也会失败。

这是可以尝试的。简单。虽然没有使用字符串类的细微差别。

#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

#include <string>
#include <exception>
using namespace std;

//---------------------------------------------------------------------

class StringFormatter
{
public:
    static string format(const char *format, ...);
};

string StringFormatter::format(const char *format, ...)
{
    va_list  argptr;

    va_start(argptr, format);

        char   *ptr;
        size_t  size;
        FILE   *fp_mem = open_memstream(&ptr, &size);
        assert(fp_mem);

        vfprintf (fp_mem, format, argptr);
        fclose (fp_mem);

    va_end(argptr);

    string ret = ptr;
    free(ptr);

    return ret;
}

//---------------------------------------------------------------------

int main(void)
{
    string temp = StringFormatter::format("my age is %d", 100);
    printf("%s\n", temp.c_str());

    return 0;
}

现代c++使得这非常简单。

C + + 20

c++ 20引入了std::format，它允许你这样做。它使用的替换字段类似于python中的替换字段:

#include <iostream>
#include <format>
 
int main() {
    std::cout << std::format("Hello {}!\n", "world");
}

代码来自cppreference.com, CC BY-SA和GFDL

查看编译器支持页面，看看它是否在您的标准库实现中可用。截至2021年11月28日，Visual Studio 2019 16.10(于2021年05月25日发布)和Clang 14(可在此处跟踪)提供了部分支持。在所有其他情况下，您可以求助于下面的c++ 11解决方案，或使用{fmt}库，它具有与std::format相同的语义。

---

C++11

使用c++ 11的std::snprintf，这已经成为一个非常简单和安全的任务。

#include <memory>
#include <string>
#include <stdexcept>

template<typename ... Args>
std::string string_format( const std::string& format, Args ... args )
{
    int size_s = std::snprintf( nullptr, 0, format.c_str(), args ... ) + 1; // Extra space for '\0'
    if( size_s <= 0 ){ throw std::runtime_error( "Error during formatting." ); }
    auto size = static_cast<size_t>( size_s );
    std::unique_ptr<char[]> buf( new char[ size ] );
    std::snprintf( buf.get(), size, format.c_str(), args ... );
    return std::string( buf.get(), buf.get() + size - 1 ); // We don't want the '\0' inside
}

上面的代码片段是根据CC0 1.0许可的。

逐行解释:

目的:写入一个char*使用std::snprintf，然后将其转换为std::string。

首先，使用snprintf中的一个特殊条件确定所需的char数组长度。从cppreference.com:

返回值 […如果结果字符串由于buf_size限制而被截断， 函数返回字符总数(不包括 终止空字节)，如果限制为 没有实施。

这意味着所需的大小是字符数加1，因此空结束符将位于所有其他字符之后，并且可以再次被字符串构造函数截断。@alexk7在评论中解释了这个问题。

int size_s = std::snprintf( nullptr, 0, format.c_str(), args ... ) + 1;

如果发生错误，Snprintf将返回负数，因此我们随后检查格式是否按预期工作。不这样做可能会导致无声错误或分配一个巨大的缓冲区，正如@ead在评论中指出的那样。

if( size_s <= 0 ){ throw std::runtime_error( "Error during formatting." ); }

因为我们知道size_s不能为负，所以我们使用静态强制转换将size_t从有符号整型转换为无符号size_t。这样，即使是最迂腐的编译器也不会抱怨下一行可能发生的转换。

size_t size = static_cast<size_t>( size_s );

接下来，我们分配一个新的字符数组，并将其分配给std::unique_ptr。通常建议这样做，因为您不必再次手动删除它。

注意，这不是一种使用用户定义类型分配unique_ptr的安全方法，因为如果构造函数抛出异常，您就不能释放内存!

std::unique_ptr<char[]> buf( new char[ size ] );

在c++ 14中，您可以使用make_unique，这对于用户定义的类型是安全的。

auto buf = std::make_unique<char[]>( size );

在此之后，我们当然可以将snprintf用于其预期用途，并将格式化的字符串写入char[]。

std::snprintf( buf.get(), size, format.c_str(), args ... );

最后，我们创建并返回一个新的std::string，确保省略结尾的空结束符。

return std::string( buf.get(), buf.get() + size - 1 );

---

您可以在这里看到一个实际的例子。

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如果你也想在参数列表中使用std::string，看看这个要点。

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针对Visual Studio用户的其他信息:

正如回答中所解释的，微软将std::snprintf重命名为_snprintf(是的，没有std::)。MS进一步将其设置为弃用，并建议使用_snprintf_s代替，但是_snprintf_s不会接受缓冲区为零或小于格式化输出，如果发生这种情况，将不会计算输出长度。 因此，为了消除编译过程中的弃用警告，您可以在文件顶部插入以下一行，其中包含了_snprintf的使用:

#pragma warning(disable : 4996)

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最终的想法

这个问题的很多答案都是在c++ 11之前编写的，并且使用固定的缓冲区长度或vargs。除非你一直使用旧版本的c++，否则我不建议你使用这些解决方案。理想情况下，走c++ 20的路。

因为这个答案中的c++ 11解决方案使用模板，如果它被大量使用，它可以生成相当多的代码。但是，除非您正在为一个二进制文件空间非常有限的环境进行开发，否则这不会成为问题，并且在清晰度和安全性方面仍然比其他解决方案有很大的改进。

如果空间效率非常重要，这两个带有vargs和vsnprintf的解决方案可能会很有用。 不要使用任何具有固定缓冲长度的解决方案，那只是在自找麻烦。

如果你在一个有asprintf(3)的系统上，你可以很容易地对它进行包装:

#include <iostream>
#include <cstdarg>
#include <cstdio>

std::string format(const char *fmt, ...) __attribute__ ((format (printf, 1, 2)));

std::string format(const char *fmt, ...)
{
    std::string result;

    va_list ap;
    va_start(ap, fmt);

    char *tmp = 0;
    int res = vasprintf(&tmp, fmt, ap);
    va_end(ap);

    if (res != -1) {
        result = tmp;
        free(tmp);
    } else {
        // The vasprintf call failed, either do nothing and
        // fall through (will return empty string) or
        // throw an exception, if your code uses those
    }

    return result;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    std::string username = "you";
    std::cout << format("Hello %s! %d", username.c_str(), 123) << std::endl;
    return 0;
}

我对这个非常流行的问题的看法。

引用printf类函数的manpage:

Upon successful return, these functions return the number of characters printed (excluding the null byte used to end output to strings). The functions snprintf() and vsnprintf() do not write more than size bytes (including the terminating null byte ('\0')). If the output was truncated due to this limit then the return value is the number of characters (excluding the terminating null byte) which would have been written to the final string if enough space had been available. Thus, a return value of size or more means that the output was truncated.

换句话说，一个正常的c++ 11实现应该是这样的:

#include <string>
#include <cstdio>

template <typename... Ts>
std::string fmt (const std::string &fmt, Ts... vs)
{
    char b;
    size_t required = std::snprintf(&b, 0, fmt.c_str(), vs...) + 1;
        // See comments: the +1 is necessary, while the first parameter
        //               can also be set to nullptr

    char bytes[required];
    std::snprintf(bytes, required, fmt.c_str(), vs...);

    return std::string(bytes);
}

它工作得很好:)

只有c++ 11支持可变参数模板。pixelpoint的答案显示了使用较旧的编程风格的类似技术。

奇怪的是，c++没有这样一个开箱即用的东西。他们最近添加了to_string()，在我看来这是向前迈出的一大步。我想知道他们是否最终会给std::string添加一个.format操作符…

Edit

正如alexk7指出的那样，std::snprintf的返回值需要A +1，因为我们需要为\0字节留出空间。直观地说，在大多数体系结构上，缺少+1将导致所需的整数部分被0覆盖。这将在std::snprintf的required作为实际参数计算之后发生，因此效果不应该可见。

然而，这个问题可以改变，例如编译器优化:如果编译器决定为所需的变量使用寄存器怎么办?这类错误有时会导致安全问题。

这是一个特定于Windows的解决方案，旨在避免Visual Studio中的编译器警告而不消除它们。所讨论的警告是针对使用std::string和va_start，这会错误地产生警告，以及针对使用已弃用的printf变量。

template<typename ... va>
std::string Format( const std::string& format, va ... args )
{
    std::string s;
    s.resize( _scprintf( format.c_str(), args ... ) + 1 );
    s.resize( _snprintf_s( s.data(), s.capacity(), _TRUNCATE, format.c_str(), args ... ) );
    return s;
}

template<typename ... va>
std::wstring Format( const std::wstring& format, va ... args )
{
    std::wstring s;
    s.resize( _scwprintf( format.c_str(), args ... ) + 1 );
    s.resize( _snwprintf_s( s.data(), s.capacity(), _TRUNCATE, format.c_str(), args ... ) );
    return s;
}

std::string s = Format( "%hs %d", "abc", 123 );
std::wstring ws = Format( L"%hs %d", "abc", 123 );