C++ std::format, std::print 사용법과 컴파일러 호환성

C++20 std::format과 C++23 std::print: 현대적인 문자열 포매팅

C++20과 C++23은 문자열 포매팅을 현대화한 std::format과 std::print를 도입하며, 기존의 printf나 std::cout에 비해 안전하고 직관적인 API를 제공합니다. 이 글에서는 두 기능의 사용법, 컴파일러 호환성, 그리고 지원되지 않는 환경에서 fmt 라이브러리 사용 방법을 다룹니다.

왜 새로운 포매팅 API가 중요한가?

기존 C++ 문자열 포매팅 방법(printf, std::stringstream, std::cout)은 다음과 같은 단점이 있습니다:

• 안전성 부족: printf는 타입 안정성을 보장하지 않아 런타임 오류 발생 가능.
• 복잡성: std::stringstream은 장황하고 성능 오버헤드 존재.
• 가독성: std::cout은 연속적인 << 연산으로 코드가 길어짐.

std::format(C++20)과 std::print(C++23)는 Python의 str.format에서 영감을 받아 타입 안전성, 가독성, 성능을 개선했습니다. fmt 라이브러리는 이를 보완하며, 최신 표준을 지원하지 않는 환경에서도 동일한 경험을 제공합니다.

1. std::format (C++20)

std::format은 문자열 포매팅을 위한 타입 안전한 템플릿 기반 API로, <format> 헤더에 포함됩니다.

특징

• 타입 안전성: 컴파일 타임에 포맷 문자열과 인수 타입 검증.
• 유연성: 사용자 정의 타입 포매팅 지원.
• 성능: printf보다 빠르며, 동적 메모리 할당 최소화.
• 2025년 기준: C++20 표준의 대부분 컴파일러에서 안정적으로 지원.

사용법

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

int main() {
    std::string s = std::format("Hello, {}! You are {} years old.", "Alice", 25);
    std::cout << s << std::endl;

    // 위치 지정자
    std::string s2 = std::format("{1}, {0}!", "World", "Hello");
    std::cout << s2 << std::endl;

    // 형식 지정
    std::string s3 = std::format("Pi: {:.2f}", 3.14159);
    std::cout << s3 << std::endl;
}

출력:

Hello, Alice! You are 25 years old.
Hello, World!
Pi: 3.14

사용자 정의 타입

#include <format>
#include <string>

struct Person {
    std::string name;
    int age;
};

template <>
struct std::formatter<Person> {
    constexpr auto parse(std::format_parse_context& ctx) { return ctx.begin(); }
    auto format(const Person& p, std::format_context& ctx) const {
        return std::format_to(ctx.out(), "Person{{name: {}, age: {}}}", p.name, p.age);
    }
};

int main() {
    Person p{"Bob", 30};
    std::string s = std::format("{}", p);
    std::cout << s << std::endl; // 출력: Person{name: Bob, age: 30}
}

컴파일러 호환성 (2025년 기준)

• GCC: 11.1 이상 (-std=c++20)
• Clang: 14.0 이상 (-std=c++20)
• MSVC: Visual Studio 2019 16.10 이상 (/std:c++20)
• Apple Clang: Xcode 14 이상
• 제약사항: 일부 임베디드 환경(예: 특정 RTOS)에서는 <format> 지원 미비.

2. std::print (C++23)

std::print는 std::format을 기반으로, 콘솔 출력에 최적화된 함수입니다. <print> 헤더에 포함되며, std::cout보다 간결하고 효율적입니다.

특징

• 간결성: 포매팅과 출력을 단일 호출로 처리.
• 유니코드 지원: UTF-8 출력 최적화.
• 2025년 기준: C++23 지원이 초기 단계로, 최신 컴파일러에서만 동작.

사용법

#include <print>

int main() {
    std::print("Hello, {}! You are {} years old.\n", "Charlie", 35);
    std::print("Pi: {:.2f}\n", 3.14159);
}

출력:

Hello, Charlie! You are 35 years old.
Pi: 3.14

컴파일러 호환성 (2025년 기준)

• GCC: 13.1 이상 (-std=c++23)
• Clang: 16.0 이상 (-std=c++23)
• MSVC: Visual Studio 2022 17.8 이상 (/std:c++23)
• 제약사항: <print>는 최신 표준이므로, GCC 12 또는 Clang 15 이하에서는 사용 불가.

3. fmt 라이브러리: 지원되지 않는 환경에서의 대안

fmt 라이브러리는 std::format의 원형으로, C++20/C++23을 지원하지 않는 환경에서 동일한 포매팅 기능을 제공합니다. Chrome, Redis, MongoDB 등에서 사용됩니다.

특징

• 호환성: C++11 이상에서 동작.
• 성능: std::format과 유사하거나 더 빠름.
• 2025년 기준: fmt 10.2.0 이상, C++23 std::print 호환 API 추가.

설치 방법

Ubuntu 24.04

sudo apt update
sudo apt install libfmt-dev

CMake:

find_package(fmt CONFIG REQUIRED)
target_link_libraries(myapp PRIVATE fmt::fmt)

Windows (vcpkg)

vcpkg install fmt:x64-windows

CMake:

find_package(fmt CONFIG REQUIRED)
target_link_libraries(myapp PRIVATE fmt::fmt)

소스 빌드

git clone https://github.com/fmtlib/fmt
cd fmt
cmake -B build -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local
cmake --build build --target install

사용법

#include <fmt/format.h>
#include <fmt/printf.h> // printf 스타일 지원
#include <fmt/std.h>   // C++23 print 호환

int main() {
    // std::format 스타일
    std::string s = fmt::format("Hello, {}! You are {} years old.", "Dave", 40);
    fmt::print("{}\n", s);

    // printf 스타일
    fmt::printf("Pi: %.2f\n", 3.14159);

    // C++23 print 스타일
    fmt::print("Modern C++: {}\n", 2023);
}

출력:

Hello, Dave! You are 40 years old.
Pi: 3.14
Modern C++: 2023

사용자 정의 타입

#include <fmt/format.h>

struct Person {
    std::string name;
    int age;
};

template <>
struct fmt::formatter<Person> {
    constexpr auto parse(format_parse_context& ctx) { return ctx.begin(); }
    auto format(const Person& p, format_context& ctx) const {
        return fmt::format_to(ctx.out(), "Person{{name: {}, age: {}}}", p.name, p.age);
    }
};

int main() {
    Person p{"Eve", 45};
    fmt::print("{}\n", p); // 출력: Person{name: Eve, age: 45}
}

성능

• 벤치마크 (2025): fmt::format은 std::format과 비슷하거나 10~20% 빠름 (GCC 13, Clang 16).
• 메모리 효율성: 동적 메모리 할당 최소화.
• 단점: 외부 종속성 추가로 빌드 복잡성 증가 가능.

std::format vs std::print vs fmt: 비교

기준	std::format	std::print	fmt
표준	C++20	C++23	C++11 이상
주요 사용 사례	문자열 생성	콘솔 출력	모든 환경
성능	printf보다 빠름	std::cout보다 빠름	std::format과 유사/더 빠름
컴파일러 지원	GCC 11+, Clang 14+, MSVC 2019	GCC 13+, Clang 16+, MSVC 2022	대부분 컴파일러
유니코드	제한적	UTF-8 최적화	UTF-8 지원
디버깅	표준 에러 메시지	표준 에러 메시지	상세 에러 메시지

선택 가이드

• std::format: C++20을 지원하는 환경에서 문자열 생성에 적합.
• std::print: C++23을 지원하며 간단한 콘솔 출력이 필요한 경우.
• fmt: C++20/23 미지원 환경, 또는 성능과 호환성을 모두 원하는 경우.
• 테스트 필수: 워크로드에 따라 성능 차이가 있으므로 벤치마킹 권장.

결론

C++20의 std::format과 C++23의 std::print는 현대적인 문자열 포매팅과 출력을 제공하며, 타입 안전성과 성능을 개선합니다. 지원되지 않는 환경에서는 fmt 라이브러리가 강력한 대안입니다. 애플리케이션 요구사항과 컴파일러 지원 여부에 따라 적절한 도구를 선택하세요.

추가 리소스

• C++ Reference: std::format
• C++ Reference: std::print
• fmt GitHub