存储std::format_args时的生命周期问题及替代方案咨询

请查看以下代码：

#include <print>
#include <exception>
#include <string>
#include <format>

class exception_t
    : public std::exception
{
public:
    template<class... args_t>
    exception_t(std::string_view users_fmt, args_t&&... args)
        : m_users_fmt(users_fmt)
        , m_format_args(std::move(std::make_format_args(args...)))
    {}
    char const* what() const noexcept override
    {
        thread_local static std::string s = std::vformat(m_users_fmt, m_format_args);
        return s.c_str();
    }
private:
    std::string m_users_fmt;
    std::format_args m_format_args;
};

int main()
try
{
    throw exception_t("{}", 42);
}
catch (std::exception& e)
{
    std::println("{}", e.what());
}

在MSVC 2022 v143搭配SDK 10.0.19041.0环境下调试这段代码时，构造exception_t期间m_format_args拥有有效值，但调用what()时m_format_args的值已失效，程序通常无法输出42，请问哪里出错了？

更新需求 #

以上是最小化代码片段，初衷是将格式化操作与异常/错误/警告报告完全分离。希望将参数以标准类型存储（例如存入磁盘），之后由另一个进程读取并使用本地化语言的格式字符串展示数据，因此不想在构造函数中调用std::vformat。是否存在std::format_args的替代方案？例如，能否直接存储参数？

解答 #

原问题错误原因 #

你的问题出在std::format_args的生命周期依赖上。std::format_args是一个轻量级的类型擦除视图，它并不存储传入的参数本身，仅持有对这些参数的引用。

在exception_t的构造函数中，std::make_format_args(args...)生成的format_args对象，完全依赖于构造函数参数中转发的args...的生命周期。当构造函数执行完毕后，这些args（比如你传入的字面量42这类临时对象）会被销毁，导致m_format_args引用的内存变为无效的垃圾数据。后续调用what()时使用这个失效的format_args属于未定义行为，因此无法正确输出结果。

适配需求的替代方案 #

如果要实现格式化与异常报告分离，且需要持久化参数供跨进程使用，std::format_args因仅为视图类型完全不适用，以下是几种可行方案：

1. 使用std::dynamic_format_arg_store（C++20+）
   C++20提供的std::dynamic_format_arg_store可以存储格式化参数的副本，而非引用，其生命周期与对象本身一致。修改后的示例代码如下：

   #include <print>
   #include <exception>
   #include <string>
   #include <format>
   
   class exception_t
       : public std::exception
   {
   public:
       template<class... args_t>
       exception_t(std::string_view users_fmt, args_t&&... args)
           : m_users_fmt(users_fmt)
           , m_args(std::make_format_args_store<std::format_context>(std::forward<args_t>(args)...))
       {}
       char const* what() const noexcept override
       {
           thread_local static std::string s;
           try {
               s = std::vformat(m_users_fmt, std::make_format_args(m_args));
           } catch(...) {
               s = "Format error";
           }
           return s.c_str();
       }
   private:
       std::string m_users_fmt;
       std::dynamic_format_arg_store<std::format_context> m_args;
   };
   
   int main()
   try
   {
       throw exception_t("{}", 42);
   }
   catch (std::exception& e)
   {
       std::println("{}", e.what());
   }
   

   该方案完全适配std::format生态，但std::dynamic_format_arg_store无法直接序列化，若需持久化到磁盘，需额外实现序列化逻辑。

2. 存储可序列化的参数容器
   将参数存储为std::vector<std::any>或自定义的std::variant（包含所有可能的参数类型），同时记录参数类型信息。需要格式化时，将std::any转换回原类型再传递给std::format。此方式需自行处理类型转换与序列化，但优势是可轻松持久化，供其他进程读取。

3. 预序列化为通用格式
   将参数直接序列化为JSON、XML等通用格式存储，其他进程读取后可自行解析并格式化。该方案最适合跨进程、跨语言场景，但需引入序列化库（如nlohmann/json）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jeroen Lammertink