macOS 12 Clang13编译C++20代码缺失<format>头文件问题咨询

在arm64架构macOS 12系统上，使用Apple Clang 13.0.0版本编译开启C20标准的C项目时，触发致命错误，提示找不到<format>头文件导致编译终止，复现命令与环境信息如下：

> g++ -g -Wall -std=c++20 -stdlib=libc++  -o nes src/main.cpp
src/main.cpp:3:10: fatal error: 'format' file not found
#include <format>
         ^~~~~~~~
1 error generated.

> clang++ --version                                                                                                                                          ~/Documents/GitHub/nes
Apple clang version 13.0.0 (clang-1300.0.27.3)
Target: arm64-apple-darwin21.1.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin

已尝试更新Xcode命令行开发者工具，问题仍未解决。

• 根本原因：Apple Clang 13.0.0随附的libc尚未完成C20 <format>标准库组件的实现，即使指定-std=c++20编译参数也不会提供该头文件，更新旧版本的命令行工具无法解决该问题。
• 可选修复方案：
  • 升级官方编译工具链：将系统升级到macOS 13及以上版本，安装Xcode 14.3（对应Apple Clang 14.0.3）或更高版本，从该版本开始Apple自带的libc++才正式支持<format>，原有编译命令无需修改即可正常编译。
  • 替换为上游LLVM Clang：如果不想升级系统，可以通过Homebrew安装官方维护的上游LLVM工具链，编译时指定使用上游LLVM自带的libc++，注意需要额外配置头文件、库文件的搜索路径，避免链接到系统自带的旧版libc++。
  • 临时兼容方案：如果暂时无法更换编译环境，可以引入开源fmt库作为替代。fmt是C++20 std::format的参考实现，接口与标准库完全对齐，引入后将代码中#include <format>替换为fmt对应头文件、std::format替换为fmt::format即可正常编译，后续升级支持标准format的编译器后可以无缝切换回标准库实现。

在支持<format>的编译环境下，头文件的存放路径随安装的编译工具链不同有区别，arm64架构macOS的常见路径如下：

• 使用独立Xcode命令行工具时：/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/c++/v1/format
• 使用完整安装的Xcode时：/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/c++/v1/format
• 使用Homebrew安装的上游LLVM Clang时：/opt/homebrew/opt/llvm/include/c++/v1/format

注意：当前使用的Apple Clang 13.0.0对应的libc++目录下不存在format文件，这是编译报错的直接原因。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pierre Leroux