Module std::fmt

用于格式化和打印 Strings 的实用工具。

该模块包含对 format! 语法扩展的运行时支持。 该宏在编译器中实现，以发出对该模块的调用，以便在运行时将参数格式化为字符串。

Usage

format! 宏旨在使那些使用 C 的 printf/fprintf 函数或 Python 的 str.format 函数的用户熟悉。

format! 扩展的一些示例是：

format!("Hello");                 // => "Hello"
format!("Hello, {}!", "world");   // => "Hello, world!"
format!("The number is {}", 1);   // => "The number is 1"
format!("{:?}", (3, 4));          // => "(3, 4)"
format!("{value}", value=4);      // => "4"
let people = "Rustaceans";
format!("Hello {people}!");       // => "Hello Rustaceans!"
format!("{} {}", 1, 2);           // => "1 2"
format!("{:04}", 42);             // => 带前导零的 "0042"
format!("{:#?}", (100, 200));     // => "(
                                  // 100,
                                  //       200, )"
                                  //

从这些中，您可以看到第一个参数是格式字符串。编译器要求它是字符串字面量； 它不能是传入的变量 (以执行有效性检查)。 然后，编译器将解析格式字符串，并确定所提供的参数列表是否适合传递给该格式字符串。

要将单个值转换为字符串，请使用 to_string 方法。这将使用 Display 格式 trait。

位置参数

每个格式化参数都可以指定它引用的值参数，如果省略，则假定它是 “下一个参数”。 例如，格式字符串 {} {} {} 将带有三个参数，并且将按照给定的顺序对其进行格式化。 但是，格式字符串 {2} {1} {0} 将以相反的顺序格式化参数。

一旦开始将两种类型的位置说明符混合在一起，事情就会变得有些棘手。可以将 “下一个参数” 说明符可以看作是参数的迭代器。 每次看到 “下一个参数” 说明符时，迭代器都会前进。这会导致这样的行为：

format!("{1} {} {0} {}", 1, 2); // => "2 1 1 2"

看到第一个 {} 时，尚未对参数进行内部迭代，因此它将打印第一个参数。然后，在到达第二个 {} 时，迭代器已前进到第二个参数。 本质上，在位置说明符方面，明确命名其参数的参数不会影响未命名参数的参数。

必须使用格式字符串才能使用其所有参数，否则将导致编译时错误。您可能在格式字符串中多次引用同一参数。

命名参数

Rust 本身不具有类似于 Python 的等效于函数的命名参数，但是 format! 宏是一种语法扩展，允许它利用命名参数。 命名参数列在参数列表的末尾，并具有以下语法：

identifier '=' expression

例如，以下 format! 表达式都使用命名参数:

format!("{argument}", argument = "test");   // => "test"
format!("{name} {}", 1, name = 2);          // => "2 1"
format!("{a} {c} {b}", a="a", b='b', c=3);  // => "a 3 b"

如果命名参数没有出现在参数列表中，format! 将引用当前作用域中的同名变量。

let argument = 2 + 2;
format!("{argument}");   // => "4"

fn make_string(a: u32, b: &str) -> String {
    format!("{b} {a}")
}
make_string(927, "label"); // => "label 927"

在具有名称的参数之后放置位置参数 (那些没有名称的参数) 是无效的。与位置参数一样，提供格式字符串未使用的命名参数也是无效的。

格式化参数

每个要格式化的参数都可以通过许多格式化参数进行转换 (对应于 语法) 中的 format_spec。这些参数会影响所格式化内容的字符串表示形式。

Width

// 所有这些打印 "Hello x !"
println!("Hello {:5}!", "x");
println!("Hello {:1$}!", "x", 5);
println!("Hello {1:0$}!", 5, "x");
println!("Hello {:width$}!", "x", width = 5);
let width = 5;
println!("Hello {:width$}!", "x");

这是格式应使用的 “最小宽度” 的参数。 如果值的字符串不能填满这么多字符，则 fill/alignment 指定的填充将用于占用所需的空间 (请参见下文)。

通过添加后缀 $ (表示第二个参数是指定宽度的 usize)，也可以在参数列表中以 usize 的形式提供宽度值。

使用 Dollar 语法引用参数不会影响 “下一个参数” 计数器，因此按位置引用参数或使用命名参数通常是一个好主意。

Fill/Alignment

assert_eq!(format!("Hello {:<5}!", "x"),  "Hello x    !");
assert_eq!(format!("Hello {:-<5}!", "x"), "Hello x----!");
assert_eq!(format!("Hello {:^5}!", "x"),  "Hello   x  !");
assert_eq!(format!("Hello {:>5}!", "x"),  "Hello     x!");

可选的填充字符和对齐方式通常与 width 参数一起提供。必须在 width 之前，: 之后定义。 这表示如果要格式化的值小于 width，则将在其周围打印一些额外的字符。 对于不同的对齐方式，填充有以下变体：

• [fill]< - 参数在 width 列中左对齐
• [fill]^ - 参数在 width 列中居中对齐
• [fill]> - 参数在 width 列中右对齐

非数字的默认 fill/alignment 是空格，并且左对齐。数字格式器的默认值也是空格字符，但带有右对齐。 如果为数字指定了 0 标志 (见下文)，则隐式填充字符为 0。

请注意，某些类型可能不会实现对齐。特别是，对于 Debug trait，通常不会实现该功能。 确保应用填充的一种好方法是格式化输入，然后填充此结果字符串以获得输出：

println!("Hello {:^15}!", format!("{:?}", Some("hi"))); // => "Hello   Some("hi")   !"

Sign/#/0

assert_eq!(format!("Hello {:+}!", 5), "Hello +5!");
assert_eq!(format!("{:#x}!", 27), "0x1b!");
assert_eq!(format!("Hello {:05}!", 5),  "Hello 00005!");
assert_eq!(format!("Hello {:05}!", -5), "Hello -0005!");
assert_eq!(format!("{:#010x}!", 27), "0x0000001b!");

这些都是更改格式化程序行为的标志。

• + - 这适用于数字类型并指示应始终打印符号。默认情况下从不打印正号，默认情况下仅对有符号值打印负号。 该标志指示应始终打印正确的符号 (+ 或 -)。
• - - 当前未使用
• # - 此标志表示应使用 “alternate” 打印形式。替代形式为：
  • #? - 漂亮地打印 Debug 格式 (添加换行符和缩进)
  • #x - 在参数前面加上 0x
  • #X - 在参数前面加上 0x
  • #b - 在参数前面加上 0b
  • #o - 在参数前面加上 0o
• 0 - 这用于指示对于整数格式，向 width 的填充应该使用 0 字符，并且是符号感知的。 像 {:08} 这样的格式将为整数 1 产生 00000001，而相同格式将为整数 -1 产生 -0000001。 请注意，负版本的零比正版本的少零。 请注意，填充零总是放在符号 (如果有) 之后和数字之前。当与 # 标志一起使用时，将应用类似的规则：在前缀之后但在数字之前插入填充零。 前缀包括在总宽度中。

Precision

对于非数字类型，可以将其视为 “最大宽度”。 如果结果字符串的长度大于此宽度，则将其截断为这么多个字符，并且如果设置了这些参数，则会使用适当的 fill，alignment 和 width 发出该截断的值。

对于整数类型，这将被忽略。

对于浮点类型，这指示小数点后应打印多少位。

有三种可能的方法来指定所需的 precision：

1. 一个整数 .N：

   整数 N 本身就是精度。

2. 整数或名称后跟美元符号 .N$：

   使用格式参数 N (必须是 usize) 作为精度。

3. 星号 .*：

   .* 意味着这个 {...} 与两个格式输入相关联，而不是一个:

   • 如果使用 {:<spec>.*} 格式的字符串，则第一个输入保存 usize 精度，第二个输入保存要打印的值。
   • 如果使用 {<arg>:<spec>.*} 格式的字符串，则 <arg> 部分指的是要打印的值，并且 precision 被视为使用省略的位置参数指定 ({} 而不是 {<arg>:})。

例如，以下所有调用均打印相同的内容 Hello x is 0.01000：

// Hello {arg 0 ("x")} is {arg 1 (0.01) with precision specified inline (5)}
println!("Hello {0} is {1:.5}", "x", 0.01);

// Hello {arg 1 ("x")} is {arg 2 (0.01) with precision specified in arg 0 (5)}
println!("Hello {1} is {2:.0$}", 5, "x", 0.01);

// Hello {arg 0 ("x")} is {arg 2 (0.01) with precision specified in arg 1 (5)}
println!("Hello {0} is {2:.1$}", "x", 5, 0.01);

// Hello {next arg -> arg 0 ("x")} is {second of next two args -> arg 2 (0.01) with precision specified in first of next two args -> arg 1 (5)}
//
println!("Hello {} is {:.*}",    "x", 5, 0.01);

// Hello {arg 1 ("x")} is {arg 2 (0.01) with precision specified in next arg -> arg 0 (5)}
//
println!("Hello {1} is {2:.*}",  5, "x", 0.01);

// Hello {next arg -> arg 0 ("x")} is {arg 2 (0.01) with precision specified in next arg -> arg 1 (5)}
//
println!("Hello {} is {2:.*}",   "x", 5, 0.01);

// Hello {next arg -> arg 0 ("x")} is {arg "number" (0.01) with precision specified in arg "prec" (5)}
//
println!("Hello {} is {number:.prec$}", "x", prec = 5, number = 0.01);

而这些：

println!("{}, `{name:.*}` has 3 fractional digits", "Hello", 3, name=1234.56);
println!("{}, `{name:.*}` has 3 characters", "Hello", 3, name="1234.56");
println!("{}, `{name:>8.*}` has 3 right-aligned characters", "Hello", 3, name="1234.56");

打印三个明显不同的内容：

Hello, `1234.560` has 3 fractional digits
Hello, `123` has 3 characters
Hello, `     123` has 3 right-aligned characters

Localization

在某些编程语言中，字符串格式函数的行为取决于操作系统的语言环境设置。 Rust 标准库提供的格式函数没有任何语言环境的概念，并且无论用户配置如何，在所有系统上都会产生相同的结果。

例如，即使系统区域设置使用小数点分隔符 (而不是点)，以下代码也将始终打印 1.5。

println!("The value is {}", 1.5);

Escaping

字面量字符 { 和 } 可以通过在它们之前添加相同的字符而包含在字符串中。例如，{ 字符使用 {{ 进行转义，而 } 字符使用 }} 进行转义。

assert_eq!(format!("Hello {{}}"), "Hello {}");
assert_eq!(format!("{{ Hello"), "{ Hello");

Syntax

总结一下，您可以在这里找到格式字符串的完整语法。 所用格式语言的语法是从其他语言中提取的，因此不应太陌生。参数使用类似 Python 的语法格式化，这意味着参数被 {} 包围，而不是类似 C 的 %。 格式化语法的实际语法为：

format_string := text [ maybe_format text ] *
maybe_format := '{' '{' | '}' '}' | format
format := '{' [ argument ] [ ':' format_spec ] [ ws ] * '}'
argument := integer | identifier

format_spec := [[fill]align][sign]['#']['0'][width]['.' precision]type
fill := character
align := '<' | '^' | '>'
sign := '+' | '-'
width := count
precision := count | '*'
type := '' | '?' | 'x?' | 'X?' | identifier
count := parameter | integer
parameter := argument '$'

在上面的语法中，

• text 不得包含任何 '{' 或 '}' 字符，
• ws 是 char::is_whitespace 为其返回 true 的任何字符，没有语义意义并且是完全可选的，
• integer 是一个十进制整数，可能包含前导零，并且必须适合 usize 和
• identifier 是由 [Rust 语言参考]Rust language reference 定义的 IDENTIFIER_OR_KEYWORD (不是 IDENTIFIER)。

格式化 traits

当请求使用特定类型的参数格式化时，实际上是在请求将参数归因于特定的 trait。 这允许通过 {:x} 格式化多种实际类型 (例如 i8 和 isize)。类型到 traits 的当前映射是：

• nothing ⇒ Display
• ? ⇒ Debug
• x? ⇒ Debug 带有小写十六进制整数
• X? ⇒ Debug 带有大写十六进制整数
• o ⇒ Octal
• x ⇒ LowerHex
• X ⇒ UpperHex
• p ⇒ Pointer
• b ⇒ Binary
• e ⇒ LowerExp
• E ⇒ UpperExp

这意味着可以使用 {:b} 格式化实现 fmt::Binary trait 的任何类型的参数。标准库还为许多原始类型提供了针对这些 traits 的实现。

如果未指定格式 (如 {} 或 {:6})，则使用的格式 trait 为 Display trait。

当为您自己的类型实现格式 trait 时，您将必须实现签名的方法：

fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {

您的类型将作为 self 通过引用传递，然后函数应该将输出发送到实现 fmt::Write 的格式化程序 f。 正确遵守所请求的格式设置参数，取决于每种格式 trait 的实现。 这些参数的值可以通过 Formatter 结构体的方法访问。为了解决这个问题，Formatter 结构体还提供了一些辅助方法。

此外，该函数的返回值是 fmt::Result，它是 Result<(), std::fmt::Error> 的类型别名。 格式化实现应确保它们传播来自 Formatter 的错误 (例如，调用 write! 时)。 但是，它们绝不能虚假地返回错误。 即，格式化实现必须并且仅在传入的 Formatter 返回错误的情况下才返回错误。 这是因为，与函数签名可能暗示的相反，字符串格式是一项可靠的操作。 该函数仅返回结果，因为写入底层流可能会失败，并且它必须提供一种方法来将已发生错误的事实传播回栈。

实现格式 traits 的示例如下所示：

use std::fmt;

#[derive(Debug)]
struct Vector2D {
    x: isize,
    y: isize,
}

impl fmt::Display for Vector2D {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
        // `f` 值实现 `Write` trait，这就是 `write`！ 宏正在等待。
        // 请注意，这种格式化将忽略为格式化字符串而提供的各种标志。
        //
        write!(f, "({}, {})", self.x, self.y)
    }
}

// 不同的 traits 允许类型的不同形式的输出。
// 此格式的含义是打印 vector 的大小。
impl fmt::Binary for Vector2D {
    fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
        let magnitude = (self.x * self.x + self.y * self.y) as f64;
        let magnitude = magnitude.sqrt();

        // 通过使用 Formatter 对象上的帮助器方法 `pad_integral`，尊重格式设置标志。
        // 有关详细信息，请参见方法文档，并且函数 `pad` 可用于填充字符串。
        //
        //
        let decimals = f.precision().unwrap_or(3);
        let string = format!("{magnitude:.decimals$}");
        f.pad_integral(true, "", &string)
    }
}

fn main() {
    let myvector = Vector2D { x: 3, y: 4 };

    println!("{myvector}");       // => "(3, 4)"
    println!("{myvector:?}");     // => "Vector2D {x: 3, y:4}"
    println!("{myvector:10.3b}"); // => "     5.000"
}

fmt::Display 与 fmt::Debug

这两种格式 traits 具有不同的用途：

• fmt::Display 实现断言该类型可以始终忠实地表示为 UTF-8 字符串。并非所有类型都实现 Display trait。
• fmt::Debug 实现应该为所有公共类型实现。 输出通常会尽可能忠实地代表内部状态。 Debug trait 的目的是方便调试 Rust 代码。在大多数情况下，建议使用 #[derive(Debug)] 就足够了。

这两个 traits 的输出的一些例子：

assert_eq!(format!("{} {:?}", 3, 4), "3 4");
assert_eq!(format!("{} {:?}", 'a', 'b'), "a 'b'");
assert_eq!(format!("{} {:?}", "foo\n", "bar\n"), "foo\n \"bar\\n\"");

相关宏

format! 系列中有许多相关的宏。当前实现的是：

format!      // 如上所述
write!       // 第一个参数是 &mut io::Write 或 &mut fmt::Write，目的地
writeln!     // 与 write 相同，但追加了一个换行符
print!       // 格式字符串被打印到标准输出
println!     // 与 print 相同，但追加了一个换行符
eprint!      // 格式字符串被打印到标准错误
eprintln!    // 与 eprint 相同，但追加了一个换行符
format_args! // 如下面所描述的。

write!

write! 和 writeln! 是两个宏，用于将格式字符串发送到指定的流。这用于防止格式字符串的中间分配，而是直接写入输出。 在底层，这个函数实际上是调用在 std::io::Write 和 std::fmt::Write trait 上定义的 write_fmt 函数。 示例用法是：

use std::io::Write;
let mut w = Vec::new();
write!(&mut w, "Hello {}!", "world");

print!

此和 println! 将其输出发送到 stdout。与 write! 宏类似，这些宏的目标是避免在打印输出时进行中间分配。示例用法是：

print!("Hello {}!", "world");
println!("I have a newline {}", "character at the end");

eprint!

eprint! 和 eprintln! 宏分别与 print! 和 println! 相同，只不过它们将其输出发送到 stderr。

format_args!

format_args! 是一个奇怪的宏，用于安全地传递描述格式字符串的不透明对象。该对象不需要创建任何堆分配，并且仅引用栈上的信息。 在幕后，所有相关的宏都在此方面实现。 首先，一些示例用法是：

use std::fmt;
use std::io::{self, Write};

let mut some_writer = io::stdout();
write!(&mut some_writer, "{}", format_args!("print with a {}", "macro"));

fn my_fmt_fn(args: fmt::Arguments<'_>) {
    write!(&mut io::stdout(), "{args}");
}
my_fmt_fn(format_args!(", or a {} too", "function"));

format_args! 宏的结果是 fmt::Arguments 类型的值。 然后可以将此结构体传递到此模块内部的 write 和 format 函数，以处理格式字符串。 该宏的目的是在处理格式化字符串时甚至进一步防止中间分配。

例如，日志记录库可以使用标准格式语法，但是它将在内部绕过此结构体，直到确定了输出应该到达的位置为止。

Structs

• Arguments
  该结构体表示格式字符串及其参数的安全预编译版本。 由于无法安全地完成此操作，因此无法在运行时生成该文件，因此未提供任何构造函数，并且该字段为私有字段以防止修改。
• DebugList
  一个有助于 fmt::Debug 实现的结构体。
• DebugMap
  一个有助于 fmt::Debug 实现的结构体。
• DebugSet
  一个有助于 fmt::Debug 实现的结构体。
• DebugStruct
  一个有助于 fmt::Debug 实现的结构体。
• DebugTuple
  一个有助于 fmt::Debug 实现的结构体。
• Error
  将消息格式化为流后返回的错误类型。
• Formatter
  格式化配置。

Enums

• Alignment
  Formatter::align 返回的可能的对齐方式

Traits

• Binary
  b 格式。
• Debug
  ? 格式。
• Display
  空格式的格式 trait，{}。
• LowerExp
  e 格式。
• LowerHex
  x 格式。
• Octal
  o 格式。
• Pointer
  p 格式。
• UpperExp
  E 格式。
• UpperHex
  X 格式。
• Write
  一个用于写入或格式化为 Unicode 接受的缓冲区或流的 trait。

Functions

• format
  format 函数采用 Arguments 结构体，并返回生成的格式化字符串。
• write
  write 函数接受一个输出流，以及一个可以与 format_args! 宏预编译的 Arguments 结构体。

Type Definitions

• Result
  格式化程序方法返回的类型。

Derive Macros

• Debug
  派生宏，生成 Debug trait 的 impl。