c++20的std::format如何处理自定义类型？ (实现std::formatter)

std::formatter特化必须为const成员函数且parse()/format()分离实现；漏const或未正确解析格式说明符将导致编译失败或std::format_error。

std::formatter 特化必须满足 const 限定和 parse() / format() 分离

直接在自定义类型上加 operator 或重载 std::format 不起作用——std::format 只认 std::formatter 特化。关键约束有两条：特化模板必须是 const 成员函数，且 parse() 和 format() 必须分离实现。漏掉 const 会导致编译失败（常见错误：「no matching function for call to format」或「formatter does not satisfy formatter」）。

典型结构如下：

template <>
struct std::formatter {
    constexpr auto parse(format_parse_context& ctx) -> format_parse_context::iterator {
        // 解析格式说明符，如 "{}", "{:x}", "{:8}"
        return ctx.end();
    }
    template 
    auto format(const MyType& t, FormatContext& ctx) const -> FormatContext::iterator {
        // 写入格式化后的内容到 ctx.out()
        return format_to(ctx.out(), "MyType{{val={}}}", t.val);
    }
};

• parse() 必须声明为 constexpr，返回 ctx.end() 表示接受所有默认格式（若不支持任何格式说明符，可直接返回）
• format() 参数中 const MyType& 和 const 成员函数限定缺一不可
• 不要在 format() 中调用 std::format 递归格式化自身字段（易触发无限模板实例化），改用 format_to

处理格式说明符（如 "{:x}"、"{:8}"）需手动解析 ctx.input()

format_parse_context::iterator 实际是指向格式字符串中 {} 内容的迭代器，比如 "{:04x}" 的 ctx.begin() 指向 '0'。你得自己跳过空格、识别前缀、提取数字等——std::formatter 不提供现成解析器。

例如支持 "x"（十六进制）和宽度（如 "8"）：

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constexpr auto parse(format_parse_context& ctx) -> format_parse_context::iterator {
    auto it = ctx.begin();
    auto end = ctx.end();
    if (it != end && *it == 'x') {
        hex_ = true;
        ++it;
    }
    if (it != end && std::isdigit(*it)) {
        width_ = static_cast(*it - '0');
        ++it;
    }
    return it; // 必须返回解析结束位置
}

• 未识别的字符不能忽略——必须停在第一个非法位置，否则 std::format 会报 std::format_error
• 宽度建议存为 int 或 std::size_t 成员变量，供 format() 使用；不要在 format() 中重新解析
• 不支持的说明符（如 "f"）应让 parse() 报错：抛出 std::format_error("unknown format specifier")

嵌套格式化字段（如 struct 成员）要用 format_to + std::make_format_args

若 MyType 有 int id; 和 std::string name;，不能写 format_to(ctx.out(), "{} {}", t.id, t.name) —— 这会尝试调用 std::formatter 等，但它们不是你特化的类型，且上下文类型不匹配。

正确做法是显式构造参数包并复用底层格式设施：

template 
auto format(const MyType& t, FormatContext& ctx) const -> FormatContext::iterator {
    if (hex_) {
        return format_to(ctx.out(), "MyType{{id={:x}, name={}}}", t.id, t.name);
    } else if (width_ > 0) {
        return format_to(ctx.out(), "MyType{{id={:0{}}d, name={}}}", t.id, width_, t.name);
    }
    return format_to(ctx.out(), "MyType{{id={}, name={}}}", t.id, t.name);
}

• format_to 是安全的，它接受任意已支持类型的参数（int、std::string、std::string_view 等）
• 注意 {:0{}}d 这种嵌套占位符：第二个 {} 会从参数列表取 width_ 值，用于动态指定宽度
• 所有字段类型必须本身支持 std::formatter（内置类型和标准容器基本都支持，自定义类型则需另行特化）

特化必须在使用前可见，且不能在匿名命名空间里

最常踩的坑：把 std::formatter 特化放在 .cpp 文件里，或包在 namespace { } 中。链接期找不到特化，运行时报 std::format_error 或编译失败。

• 特化必须与 std::formatter 在同一命名空间（即全局命名空间），且在首次调用 std::format 前完成声明和定义
• 推荐放在头文件中，紧挨着 MyType 定义之后，或至少确保包含顺序正确
• 如果 MyType 在命名空间 ns 中，特化仍必须写成 template struct std::formatter<:mytype char>，不能写 namespace ns { template struct std::formatter<...> }

复杂点在于 parse() 的健壮性和 format() 中对上下文输出器的精确控制——稍有不慎就会格式错乱或崩溃，而不是优雅降级。