如何使用std::format格式化同一基类的所有派生类对象？

std::format 匹配std::formatter特化时，会严格按照传入实参的静态类型做精确匹配，这个匹配过程不会自动触发派生类到基类的隐式引用转换。仅为Base类型编写formatter特化时，传入D1类型对象的场景下，编译器找不到对应D1类型的formatter实现，就会抛出看到的编译错误。只有显式把对象转成Base&类型传入时，参数静态类型变为Base，才能匹配到已有的特化。

不要写针对Base的全特化，改为编写受约束的偏特化，让它自动匹配所有Base及其公有派生类即可，C++20环境下用std::is_base_of_v配合concept约束就能实现，不需要为每个派生类重复写特化代码。

修正后的可运行代码如下：

#include <format>
#include <iostream>
#include <string>
#include <type_traits>

using namespace std;

struct Base
{
    virtual string ToString() const
    {
        return "Base";
    }
};

struct D1 : public Base
{
    string ToString() const override
    {
        return "D1";
    }
};

// 约束：仅当T是Base或其公有派生类时，匹配该formatter特化
template <typename T, typename CharT>
requires is_base_of_v<Base, T>
struct ::std::formatter<T, CharT> : ::std::formatter<::std::string>
{
    // parse方法直接继承string的formatter实现
    template <typename FormatContext>
    auto format(const T& e, FormatContext& ctx) const
    {
        ::std::string name = e.ToString();
        return ::std::formatter<::std::string>::format(name, ctx);
    }
};

int main(int argc, char const* argv[])
{
    string s;

    D1 d;
    s = format("{}", d); // 正常编译，输出D1
    cout << s << endl;

    Base& b = d;
    s = format("{}", b); // 正常编译，输出D1
    cout << s << endl;

    return 0;
}

实现说明 #

• 代码中给ToString方法加了const限定，符合const正确性：格式化接口默认接收const引用的待格式化对象，const对象无法调用非const成员函数，原代码中非const的ToString在接收const派生类对象时会触发额外编译错误。
• 该受约束的偏特化会自动匹配所有Base的公有派生类，格式化时会通过基类虚函数自动触发多态调用，输出对应派生类ToString方法的返回值。
• 如果使用的编译器不完全支持C++20 concept语法，可替换为SFINAE的enable_if写法，逻辑完全等价：

template <typename T, typename CharT>
struct ::std::formatter<T, CharT, enable_if_t<is_base_of_v<Base, T>, CharT>>
    : ::std::formatter<::std::string>
{
    // 内部format实现和上述代码完全一致
};

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Martin Z He