C++ 输出格式化

在日常开发中，把数据打印到屏幕上时，我们经常需要控制输出的显示格式，比如把商品单价 19.8 保留两位小数显示成 19.80，或者让多列数据上下整齐对齐。

前面学过的 \t 转义字符虽然能拉开间隔，但遇到长短不一的文字时很容易错位。如果想要准确控制小数位数、固定列宽或指定对齐方向，我们需要引入 <iomanip> 头文件。其中，iomanip 是英文 “input/output manipulators” 的缩写，代表输入输出格式控制。

C++ 中最常用的输出格式控制工具如下表所示。

常用格式控制工具
工具名称	说明	常见用法
std::fixed	采用定点小数形式输出浮点数	std::cout << std::fixed;
std::setprecision(n)	配合 std::fixed 设置保留 n 位小数	std::cout << std::setprecision(2);
std::setw(n)	设置下一项输出的最小字符宽度	std::cout << std::setw(8);
std::left	在指定宽度内靠左对齐	std::cout << std::left;
std::right	在指定宽度内靠右对齐（默认）	std::cout << std::right;
std::setfill(ch)	设置宽度不足时的填充字符	std::cout << std::setfill('0');

需要注意的是，调用 std::setprecision()、std::setw()、std::setfill() 等带参数的工具时，除了包含 <iostream> 头文件外，还必须在代码开头写上 #include <iomanip>，然后把它们放进 std::cout 的输出流中使用。

控制小数位数

在输出浮点数（小数）时，最常见的需求就是指定小数点后面保留几位小数。在 C++ 中，我们通常把 std::fixed 和 std::setprecision(n) 搭配起来使用。

1. 固定保留 n 位小数（推荐）

std::fixed 表示采用固定的小数点形式输出浮点数，配合后面的 std::setprecision(n) 即可指定小数点后保留的位数。

语法：

std::cout << std::fixed << std::setprecision(n) << 浮点数;

说明：

其中 precision 是英文 “精度” 的意思，参数 n 是一个整数，表示保留 n 位小数。如果小数原本的位数不足 n 位，末尾会自动补 0。如果原本的位数超过 n 位，则会自动进行四舍五入。

示例 1：保留指定位数的小数

运行代码

#include <iomanip>
#include <iostream>

int main() {
    double temperature = 19.8;
    double pi = 3.1415926;

    std::cout << std::fixed;
    std::cout << std::setprecision(2) << temperature << '\n';
    std::cout << std::setprecision(3) << pi << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

19.80
3.142

分析：

在这个例子中，我们先通过 std::fixed 开启定点小数格式，接着使用 std::setprecision(2) 保留 2 位小数，因此 19.8 末尾自动补 0 显示为 19.80。下一行改为保留 3 位小数后，3.1415926 四舍五入显示为 3.142。如果整段程序都统一保留 2 位小数，平时只需在开头写一次 std::cout << std::fixed << std::setprecision(2); 即可。

这里小伙伴们还要注意一点：格式化工具改变的只是屏幕上的 “输出显示效果”，变量 temperature 和 pi 在内存中保存的真实数值并没有发生任何改变。

2. 加与不加 std::fixed 的区别

如果我们省略前面的 std::fixed，只单独写 std::setprecision(n)，此时会发生什么呢？

在默认情况下，单独写 std::setprecision(n) 控制的并不是 “小数点后保留几位”，而是整数部分和小数部分合起来的总数字个数，也就是有效数字的总位数。请看下面例子。

示例 2：加与不加 std::fixed

运行代码

#include <iomanip>
#include <iostream>

int main() {
    double number = 123.456789;

    // 不加 std::fixed
    std::cout << std::setprecision(4) << number << '\n';

    // 加上 std::fixed
    std::cout << std::fixed;
    std::cout << std::setprecision(4) << number << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

123.5
123.4568

分析：

从运行结果可以看出，第一行输出了 123.5，第二行输出了 123.4568。第一处没有加 std::fixed，std::setprecision(4) 表示整数与小数加起来共保留 4 个有效数字，整数 123 已占 3 位，小数只剩 1 位，四舍五入后得到 123.5。

加上 std::fixed 之后，std::setprecision(4) 才表示 “小数点后保留 4 位”，输出为 123.4568。因此，日常只要需求是固定保留几位小数，直接把这两个工具搭配使用就可以了。

控制输出宽度与对齐

在打印商品清单、成绩单这类多列数据时，我们希望不同列的数据能够整齐地上下对齐，此时可以使用 std::setw()、std::left 和 std::right。

1. 设置输出宽度：std::setw()

在 C++ 中，我们可以使用 std::setw() 来指定紧接着下一项输出内容所占据的最小字符宽度，让多行数据按固定列宽排列。

语法：

std::cout << std::setw(n) << 输出内容;

说明：

setw 是英文 “set width（设置宽度）” 的缩写，参数 n 表示输出结果至少占据 n 个字符的宽度。如果输出内容本身不满 n 个字符，默认采用右对齐方式，自动在内容左边补上空格。

示例 3：设置输出列宽

运行代码

#include <iomanip>
#include <iostream>

int main() {
    std::cout << std::setw(10) << "Apple";
    std::cout << std::setw(8) << 12 << '\n';

    std::cout << std::setw(10) << "Orange";
    std::cout << std::setw(8) << 8 << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

     Apple      12
    Orange       8

分析：

std::setw(10) 将第一列的最小宽度设为 10 个字符，std::setw(8) 将第二列设为 8 个字符。以第一行为例，"Apple" 自身占 5 个字符，左边自动补 5 个空格。数字 12 占 2 个字符，左边自动补 6 个空格，两行数据默认都靠右对齐。

需要注意的是，std::setw(n) 设置的是 “最小宽度” 而不是最大宽度。如果输出内容本身的长度已经超过了 n，比如使用 std::setw(3) 去输出 5 个字符的 "Apple"，程序依然会把 "Apple" 完整打印出来，不会截断多余的字符。

提示如果希望宽度不足时不补空格而是补其他字符，比如把编号 7 补零显示为 007，可以配合 std::setfill('0') 使用，写成 std::cout << std::setfill('0') << std::setw(3) << 7; 即可。

2. 控制对齐方向：std::left 和 std::right

使用 std::setw(n) 设置宽度时，默认是靠右对齐的。如果我们希望文字靠左对齐，可以配合 std::left 和 std::right 手动指定对齐方向。

语法：

std::cout << std::left << std::setw(n) << 输出内容;
std::cout << std::right << std::setw(n) << 输出内容;

说明：

从英文意思上就很容易记住：left 是 “左”，right 是 “右”。设置为 std::left 左对齐后，内容靠左显示，不够的宽度在右边补空格。设置为 std::right 右对齐后，内容靠右显示，不够的宽度在左边补空格。

示例 4：左对齐与右对齐排版

运行代码

#include <iomanip>
#include <iostream>

int main() {
    std::cout << std::left << std::setw(10) << "Name";
    std::cout << std::right << std::setw(8) << "Score" << '\n';

    std::cout << std::left << std::setw(10) << "Jack";
    std::cout << std::right << std::setw(8) << 95 << '\n';

    std::cout << std::left << std::setw(10) << "Lucy";
    std::cout << std::right << std::setw(8) << 88 << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

Name         Score
Jack            95
Lucy            88

分析：

这里第一列姓名使用了 std::left，文字在 10 个字符宽度内靠左对齐。第二列分数使用了 std::right，内容在 8 个字符宽度内靠右对齐。打印这种 “文字 + 数字” 的多列数据时，文字左对齐、数字右对齐是最清晰美观的排版方式。

另外留意一个小细节：第一行打印表头 "Score" 时，换行符 '\n' 是单独写在后面的，不要合并写成 std::setw(8) << "Score\n"，否则 \n 也会占掉 1 个字符宽度，导致表头向左偏移 1 格。

格式控制的生效范围

前面介绍的这些格式控制工具，设置一次之后是一直有效，还是只对当前这一次输出有效呢？我们可以按生效范围将它们分为以下 2 类：

持续生效的工具：包括 std::fixed、std::setprecision()、std::left、std::right 和 std::setfill()。它们一旦设置，就会一直保持生效，继续影响后面的所有相关输出，直到被重新修改为止。
只对下一项生效的工具：只有 std::setw()。它是一个 “一次性” 工具，只对紧挨在它后面的那一项输出生效，一旦那一项打印完毕，宽度限制就会立即失效。

这一点初学者非常容易搞混，下面我们通过一个例子来直观对比两者的差异。

示例 5：格式工具的生效范围

运行代码

#include <iomanip>
#include <iostream>

int main() {
    // fixed 和 setprecision 持续生效
    std::cout << std::fixed << std::setprecision(2);
    std::cout << 3.1 << '\n';
    std::cout << 5.678 << '\n';

    // setw(4) 只对紧接着的 10 生效
    std::cout << std::setfill('0');
    std::cout << std::setw(4) << 10 << 20 << '\n';

    // 在 10 和 20 前分别写 setw(4)
    std::cout << std::setw(4) << 10 << ' ' << std::setw(4) << 20;
    return 0;
}

运行结果如下。

分析：

开头的 std::fixed 和 std::setprecision(2) 只设置了一次，后面的 3.1 和 5.678 就全都按保留 2 位小数的格式输出成了 3.10 和 5.68，说明这两个工具设置一次就会持续生效。

再对比最后两行输出，这里配合了持续生效的 std::setfill('0') 把空位补上 '0'：倒数第二行只在 10 前面写了一次 std::setw(4)，因此只有 10 补齐为 0010，后面的 20 宽度设置已失效，紧贴在后面变成了 001020。

而最后一行在 10 和 20 前面都写了 std::setw(4)，两项数据才各自占满 4 个字符宽度。因此大家在对齐多列数据时，记得在每一项需要控制宽度的数据前面都单独写一次 std::setw()。

另外，如果前面设置过 std::setfill('0')，后面又想把填充字符改回默认的空格，只需再执行一句 std::cout << std::setfill(' '); 即可恢复。此外，现代 C++20 标准还新增了 std::format() 格式化函数，等打牢前面的基础语法后再去了解会更加轻松。