C++20中如何无宏实现自定义模板函数封装std::format()

• 基于C++20标准，开发环境为Visual Studio 2022（v17.2.2）
• 目标是实现模板函数封装层，提供std::format风格的日志打印能力，后续可扩展其他非格式化相关逻辑，要求不使用宏，同时保留格式字符串的编译期检查能力
• 现有三个实现版本的表现：
  • Log1()：可正常运行，但调用时需要手动传入std::format构造好的字符串，使用繁琐
  • Log2()：可正常运行，但基于std::vformat实现，完全丢失格式字符串的编译期校验能力，格式错误只会在运行时抛出异常
  • Log3()：是期望的调用形式，但在当前环境下无法通过编译

原始测试代码如下：

#include <iostream>
#include <format>
#include <string_view>
 
// works fine:  usage is clunky
auto Log1(std::string_view sv)
{
    std::cout << sv;
}
 
// works, but fmt string is checked at runtime - not compile time
template<typename... Args>
auto Log2(std::string_view fmt, Args&&... args)
{
    std::cout << std::vformat(fmt, std::make_format_args(args...));
}
 
// this doesn't work
template<typename... Args>
auto Log3(std::string_view fmt, Args&&... args)
{
    std::cout << std::format(fmt, std::forward<Args>(args)...);
}
 
int main()
{
    Log1(std::format("Hello, {}\n", "world!")); // ok - clunky
    Log2("Hello, {}\n", "world!");              // ok - no compile time checking of fmt string
    Log2("Hello, {:s}\n", 42);                  // ok - throws at runtime
    Log3("Hello, {}\n", "world!");              // ERROR:  doesn't compile
    return 0;
}

C++20中std::format的编译期格式校验，要求格式字符串参数必须是编译期常量，且能隐式转换为与参数包匹配的std::format_string<Args...>类型。原Log3将第一个参数定义为std::string_view类型，无法触发编译期的格式校验逻辑，也无法满足std::format对格式参数的类型要求，因此编译失败。

将Log3的第一个参数类型修改为std::format_string<Args...>即可，该类型是C++20标准专门为std::format的编译期校验设计的包装类型，传入字符串字面量时会自动在编译阶段完成格式合法性校验，校验通过后可直接传给std::format处理。

修正后的可运行代码：

#include <iostream>
#include <format>
#include <string_view>

template<typename... Args>
auto Log3(std::format_string<Args...> fmt, Args&&... args)
{
    // 此处可添加其他日志相关自定义逻辑，比如加时间戳、日志级别、输出到文件等
    std::cout << std::format(fmt, std::forward<Args>(args)...);
}

int main()
{
    Log3("Hello, {}\n", "world!");              // 正常编译运行
    // Log3("Hello, {:s}\n", 42);               // 格式不匹配，编译阶段直接报错，不会留到运行时
    return 0;
}

该实现的特点：

• 调用形式和期望的Log3完全一致，无需手动提前构造格式化字符串
• 完整保留std::format原生的编译期格式校验能力，占位符数量不匹配、占位符与参数类型不匹配等问题会直接在编译阶段暴露
• 纯模板实现，无需使用宏
• 函数体内可自由扩展其他日志逻辑，不影响格式化功能

内容的提问来源于stack exchange，提问作者markv