格式化输出

很多情况下，仅打印字符串和数字是不够的。数字通常都以十进制进行打印，有时我们需要使用十六进制或八进制进行打印。并且在打印十六进制的时候，我们希望看到以0x为前缀的十六进制的数字，但有时却不希望看到这个前缀。

当对浮点数进行打印的时候，也需要注意很多。以何种精度进行打印？要将数中的所有内容进行打印吗？或者是如何打印科学计数法样式的数？

除了数值表示方面的问题外，还需要规范我们打印的格式。有时我们要以表格的方式进行打印，以确保打印数据的可读性。

这所有的一切都与输出流有关，对输入流的解析也十分重要。本节中，我们将来感受一下格式化输出。有些显示也会比较麻烦，不过我们会对其进行解释。

How to do it…

为了让大家熟悉格式化输出，本节我们将使用各种各样的格式进行打印：

  1. 包含必要的头文件，并声明所使用的命名空间：

    1. #include <iostream>
    2. #include <iomanip>
    3. #include <locale>
    5. using namespace std;

  2. 接下来，定义一个辅助函数，其会以不同的方式打印出一个数值。其能接受使用一种字符对宽度进行填充，其默认字符为空格：

    1. void print_aligned_demo(int val,
    2.                         size_t width,
    3.                         char fill_char = ' ')
    4. {

  3. 使用setw，我们可以设置打印数字的最小字符数输出个数。当我们要将123的输出宽度设置为6时，我们会得到”abc “或” abc”。我们也可以使用std::left, std::right和std::internal控制从哪边进行填充。当我们以十进制的方式对数字进行输出，internal看起来和right的作用一样。不过，当打印0x1时，打印宽度为6时，internal会得到”0x 6”。setfill控制符可以用来定义填充字符。我么可以尝试使用使用以下方式进行打印：

    1.     cout << "================\n";
    2.     cout << setfill(fill_char);
    3.     cout << left << setw(width) << val << '\n';
    4.     cout << right << setw(width) << val << '\n';
    5.     cout << internal << setw(width) << val << '\n';
    6. }

  4. 主函数中，我们使用已经实现的函数。首先，打印数字12345，其宽度为15。我们进行两次打印，不过第二次时，将填充字符设置为’_’：

    1. int main()
    2. {
    3.     print_aligned_demo(123456, 15);
    4.     print_aligned_demo(123456, 15, '_');

  5. 随后，我们将打印0x123abc，并使用同样的宽度。不过，打印之前需要使用的是std::hex和std::showbase告诉输出流对象cout输出的格式，并且添加0x前缀，看起来是一个十六进制数：

    1.     cout << hex << showbase;
    2.     print_aligned_demo(0x123abc, 15);

  6. 对于八进制我们也可以做同样的事：

    1.     cout << oct;
    2.     print_aligned_demo(0123456, 15);

  7. 通过hex和uppercase，我们可以将0x中的x转换成大写字母。0x123abc中的abc同样也转换成大写：

    1.     cout << "A hex number with upper case letters: "
    2.         << hex << uppercase << 0x123abc << '\n';

  8. 如果我们要以十进制打印100，我们需要将输出从hex切换回dec：

    1.     cout << "A number: " << 100 << '\n';
    2.     cout << dec;
    4.     cout << "Oops. now in decimal again: " << 100 << '\n';

  9. 我们可以对布尔值的输出进行配置，通常，true会打印出1，false为0。使用boolalpha，我们就可以得到文本表达：

    1.     cout << "true/false values: "
    2.         << true << ", " << false << '\n';
    3.     cout << boolalpha
    4.         << "true/false values: "
    5.         << true << ", " << false << '\n';

  10. 现在让我们来一下浮点型变量float和double的打印。当我们有一个数12.3，那么打印也应该是12.3。当我们有一个数12.0，打印时会将小数点那一位进行丢弃，不过我们可以通过showpoint来控制打印的精度。使用这个控制符，就能显示被丢弃的一位小数了：

    1.    cout << "doubles: "
    2.        << 12.3 << ", "
    3.        << 12.0 << ", "
    4.        << showpoint << 12.0 << '\n';

  11. 可以使用科学计数法或固定浮点的方式来表示浮点数。scientific会将浮点数归一化成一个十进制的小数，并且其后面的位数使用10的幂级数表示，其需要进行乘法后才能还原成原始的浮点数。比如，300.0科学计数法就表示为”3.0E2”，因为300 = 3.0 x $10^2$。fixed将会恢复普通小数的表达方式：

    1.     cout << "scientific double: " << scientific
    2.         << 123000000000.123 << '\n';
    3.     cout << "fixed double: " << fixed
    4.         << 123000000000.123 << '\n';

  12. 除此之外，我们也能对打印的精度进行控制。我们先创建一个特别小的浮点数，并对其小数点后的位数进行控制：

    1.     cout << "Very precise double: "
    2.         << setprecision(10) << 0.0000000001 << '\n';
    3.     cout << "Less precise double: "
    4.         << setprecision(1) << 0.0000000001 << '\n';
    5. }

  13. 编译并运行程序，我们就会得到如下的输出。前四个块都是有打印辅助函数完成，其使用setw对字符串进行了不同方向的填充。此外，我们也进行了数字的进制转换、布尔数表示和浮点数表示。通过实际操作，我们会对其更加熟悉：

    1. $ ./formatting
    2. =====================
    3. 123456         
    4.          123456
    5.          123456
    6. =====================
    7. 123456_________
    8. _________123456
    9. _________123456
    10. =====================
    11. 0x123abc       
    12.        0x123abc
    13. 0x       123abc
    14. =====================
    15. 0123456        
    16.         0123456
    17.         0123456
    18. A hex number with upper case letters: 0X123ABC
    19. A number: 0X64
    20. Ooop. now in decimal again: 100
    21. true/false values: 1, 0
    22. true/false values: true, false
    23. doubles: 12.3, 12, 12.0000
    24. scientific double: 1.230000E+12
    25. fixed double: 1230000000000.123047
    26. Very precise double: 0.0000000001
    27. Less previse double: 0.0

How it works…

例程看起来有些长，并且<< foo << bar的方式对于初级读者来说会感觉到困惑。因此，让我们来看一下格式化修饰符的表。其都是用input_stream >> modifier或output_stream << modifier来对之后的输入输出进行影响：

符号 描述
setprecision(int) 打印浮点数时，决定打印小数点后的位数。
showpoint / noshowpoint 启用或禁用浮点数字小数点的打印，即使没有小数位。
fixed /scientific / hexfloat /defaultfloat 数字可以以固定格式和科学表达式的方式进行打印。fixed和scientific代表了相应的打印模式。hexfloat将会同时激活这两种模式，用十六进制浮点表示法格式化浮点数。defaultfloat则会禁用这两种模式。
showpos / noshowpos 启用或禁用使用’+’来标志正浮点数。
setw(int n) 设置打印的宽度n。在读取的时候，这种设置会截断输入。当打印位数不够时，其会使用填充字符将输出填充到n个字符。
setfill(char c) 当我们setw时，会涉及填充字符的设置。setfill可以将填充字符设置为c。其默认填充字符为空格。
internal / left / right left和right控制填充的方向。internal会将填充字符放置在数字和符号之间，这对于十六进制打印和一些金融数字来说，十分有用。
dec / hex / oct 整数打印的类型，十进制、十六进制和八进制。
setbase(int n) 数字类型的同义函数，当n为10/16/8时，与dec / hex / oct完全相同。当传入0时，则会恢复默认输出，也就是十进制，或者使用数字的前缀对输入进行解析。
quoted(string) 将带有引号的字符串的引号去掉，对其实际字符进行打印。这里string的类型可以是string类的实例，也可以是一个C风格的字符串。
boolalpha / noboolalpha 打印布尔变量，是打印字符形式的，还是数字形式的。
showbase / noshowbase 启用或禁用基于前缀的数字解析。对于hex来说就是0x，对于octal来说就是0。
uppercase / nouppercase 启用或禁用将浮点数中的字母或十六进制中的字符进行大写输出。

看起来很多，想要熟悉这些控制符的最好方式，还是尽可能多的使用它们。

在使用中会发现，其中有一些控制符具有粘性，另一些没有。这里的粘性是说其会持续影响接下来的所有输入或输出，直到对控制符进行重置。表格中没有粘性的为setw和quoted控制符。其只对下一次输入或输入有影响。了解这些非常重要，当我们要持续使用一个格式进行打印时，对于有粘性的控制符我们设置一次即可，其余的则在需要是进行设置。这些对输入解析同样适用，不过错误的设置了控制符则会得到错误的输入信息。

下面的一些控制符我们没有使用它们，因为他们对于格式化没有任何影响，但出于完整性的考量我们在这里也将这些流状态控制符列出来：

符号 描述
skipws / noskipws 启用或禁用输入流对空格进行略过的特性。
unitbuf / nounitbuf 启用或禁用在进行任何输出操作后，就立即对输出缓存进行刷新。
ws 从输入流舍弃前导空格。
ends 向流中输入一个终止符\0。
flush 对输出缓存区进行刷新。
endl 向输出流中插入\n字符，并且刷新输出缓存区。

这些控制符中，只有skipws / noskipws和unitbuf / nounitbuf是具有粘性的。