通过宏封装实现std::format编译期检查参数数量是否一致
背景
std::format在传参数量少于格式串所需参数数量时，会抛出异常。而在大部分的应用场景下，参数数量不一致提供编译报错更加合适，可以促进我们更早发现问题并进行改正。
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最终效果
// 测试输出接口。
template
void Print(const std::string& _Fmt, const T&... _Args)
{
cout << std::vformat(_Fmt, std::make_format_args(_Args...)) << endl;
}
// 封装宏，实现参数数量一致的检查
#define PRINT(fmt, ...) \
do { static_assert(GetFormatStringArgsNum(fmt) == decltype(VariableArgsNumHelper(__VA_ARGS__))::value, "Invalid format string or mismatched number of arguments"); Print(fmt, __VA_ARGS__); } while(0)
int main()
{
PRINT("{}", "hello");
PRINT("{} {}", "hello");
return 0;
}
上例代码中，使用PRINT宏封装了Print函数，后续使用PRINT进行控制台输出，如果出现参数数量不一致，将产生编译报错：Invalid format string or mismatched number of arguments。
所用技术
-
静态断言：
static_assert -
格式串参数数量获取：
GetFormatStringArgsNum，该接口声明为constexpr，从而获得编译期执行的能力。其实现大致为遍历字符串，检查其中{}的数量。 -
传参数量的获取： 由于使用宏进行封装，最后其实就是需要获得
__VA_ARGS__中附带了几个参数，网上可以搜到各种解决方案，这里采用的是声明一个模板函数，模板函数返回integral_constant结构体，其对不同的参数数量，自动生成不同的结构体类型，之后使用decltype(VariableArgsNumHelper(__VA_ARGS__))获得返回值类型，并从返回值类型中获得代表参数数量的常量值，由于运行期用不到该函数，因此只提供声明，不提供实现。
整体代码
#include
#include
#include
using namespace std;
constexpr int GetFormatStringArgsNum(const std::string& fmt)
{
enum STATE
{
NORMAL, // 正在解析普通串
REPLACEMENT, // 正在解析大括号中的内容
};
// 按标准规定，格式串中要么都指定参数编号，要么都不指定
// 原文：
// The arg-ids in a format string must all be present or all be omitted.
// Mixing manual and automatic indexing is an error.
enum RULE
{
UNKNOWN, // 格式串规则
SPECIFIEDID, // 指定编号，如{0}
UNSPECIFIEDID, // 不指定编号，如{}
};
// 指定参数编号的最大值
const int MAX_ARGS_NUM = ;
// 初始状态
STATE state = NORMAL;
// 初始规则
RULE rule = UNKNOWN;
// 当前参数编号
int nIndex = -1;
// 参数数量
int nArgsNum = 0;
for (int i = 0; i < fmt.size(); ++i)
{
switch (state)
{
case NORMAL:
{
// 普通串解析时，遇到左大括号或右大括号，才有可能改变状态
if (fmt[i] == '{')
{
if (i + 1 < fmt.size() && fmt[i + 1] == '{')
{
// 遇到 {{，则将他们视为普通字符
++i;
}
else
{
// 进入替换串状态
state = REPLACEMENT;
}
}
else if (fmt[i] == '}')
{
++i;
if (i >= fmt.size() || fmt[i] != '}')
{
// 普通串解析状态，遇上右大括号时，只有当接下来也是右大括号时，才属于合法串
return -1;
}
}
}
break;
case REPLACEMENT:
{
// 替换串状态下，正常只会遇到右大括号、数字、冒号，其他符号均为错误
if (fmt[i] == '}')
{
// 遇到右大括号，则进入普通串解析状态，这里不考虑}}，正常{} 中间不应该出现}
state = NORMAL;
// 如果之前某个{} 已经指定参数编号，则所有参数都应该指定编号
if (rule == SPECIFIEDID)
{
// 如果这个{} 不指定编号，则视为非法格式串
if (nIndex == -1)
{
return -1;
}
// 在指定编号的情况下，可变参数的数量至少要比编号大1
nArgsNum = std::max(nArgsNum, nIndex + 1);
// 重置当前编号
nIndex = -1;
}
else
{
// 如果当前规则未明或者当前规则为不指定编号，则参数数量进行自增。
state = NORMAL;
rule = UNSPECIFIEDID;
++nArgsNum;
}
}
else if (fmt[i] >= '0' && fmt[i] <= '9')
{
// 遇到数字，说明指定了参数编号
if (rule == UNSPECIFIEDID)
{
// 如果当前规则已明确为不指定编号，则视为非法格式串
return -1;
}
else
{
// 否则，将当前规则改为指定编号，并维护当前编号
rule = SPECIFIEDID;
if (nIndex == -1)
{
nIndex = 0;
}
nIndex = nIndex * 10 + (fmt[i] - '0');
if (nIndex >= MAX_ARGS_NUM)
{
// 当前编号大于最大上限，则直接视为非法格式串
return -1;
}
}
}
else if (fmt[i] == ':')
{
// 遇到冒号，说明接下来是格式串规则，直接跳过
for (; i + 1 < fmt.size() && fmt[i + 1] != '}'; ++i)
{
;
}
}
else
{
// 解析替换串时，遇上其他字符，均将格式串视为非法。
return -1;
}
}
break;
}
}
// 最终状态必须为普通串解析状态。
return state == NORMAL ? nArgsNum : -1;
}
// 可变参数数量辅助器
template
std::integral_constant VariableArgsNumHelper(const Args & ...);
// 测试输出接口。
template
void Print(const std::string& _Fmt, const T&... _Args)
{
cout << std::vformat(_Fmt, std::make_format_args(_Args...)) << endl;
}
// 封装宏，实现参数数量一致的检查
#define PRINT(fmt, ...) \
do { static_assert(GetFormatStringArgsNum(fmt) == decltype(VariableArgsNumHelper(__VA_ARGS__))::value, "Invalid format string or mismatched number of arguments"); Print(fmt, __VA_ARGS__); } while(0)
int main()
{
PRINT("{} {}", "hello");
return 0;
}
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