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# 格式化输出
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提到格式化输出，可能很多人立刻就想到 `"{}"`，但是 Rust 能做到的远比这个多的多，本章节我们将深入讲解格式化输出的各个方面。
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## 满分初印象
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先来一段代码，看看格式化输出的初印象：
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```rust
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println!("Hello"); // => "Hello"
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println!("Hello, {}!", "world"); // => "Hello, world!"
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println!("The number is {}", 1); // => "The number is 1"
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println!("{:?}", (3, 4)); // => "(3, 4)"
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println!("{value}", value=4); // => "4"
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println!("{} {}", 1, 2); // => "1 2"
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println!("{:04}", 42); // => "0042" with leading zeros
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```
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可以看到 `println!` 宏接受的是可变参数，第一个参数是一个字符串常量，它表示最终输出字符串的格式，包含其中形如 `{}` 的符号是**占位符**，会被 `println!` 后面的参数依次替换。
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## `print!`，`println!`，`format!`
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它们是 Rust 中用来格式化输出的三大金刚，用途如下：
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- `print!` 将格式化文本输出到标准输出，不带换行符
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- `println!` 同上，但是在行的末尾添加换行符
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- `format!` 将格式化文本输出到 `String` 字符串
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在实际项目中，最常用的是 `println!` 及 `format!`，前者常用来调试输出，后者常用来生成格式化的字符串：
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```rust
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fn main() {
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let s = "hello";
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println!("{}, world",s);
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let s1 = format!("{}, world", s);
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print!("{}",s1);
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print!("{}\n","!");
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}
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```
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其中，`s1` 是通过 `format!` 生成的 `String` 字符串，最终输出如下：
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```console
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hello, wolrd
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hello, world!
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```
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#### `eprint!`，`eprintln!`
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除了三大金刚外，还有两大护法，使用方式跟 `print!`，`println!` 很像，但是它们输出到标准错误输出：
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```rust
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eprintln!("Error: Could not complete task")
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```
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它们仅应该被用于输出错误信息和进度信息，其它场景都应该使用 `print!` 系列。
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## {} 与 {:?}
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与其它语言常用的 `%d`，`%s` 不同，Rust 特立独行地选择了 `{}` 作为格式化占位符(说到这个，有点想吐槽下，Rust 中自创的概念其实还挺多的，真不知道该夸奖还是该吐槽-,-)，事实证明，这种选择非常正确，它帮助用户减少了很多使用成本，你无需再为特定的类型选择特定的占位符，统一用 `{}` 来替代即可，剩下的类型推导等细节只要交给 Rust 去做。
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与 `{}` 类似，`{:?}` 也是占位符：
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- `{}` 适用于实现了 `std::fmt::Display` 特征的类型，用来以更优雅、更友好的方式格式化文本，例如展示给用户
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- `{:?}` 适用于实现了 `std::fmt::Debug` 特征的类型，用于调试场景
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其实两者的选择很简单，当你在写代码需要调试时，使用 `{:?}`，剩下的场景，选择 `{}`。
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#### `Debug` 特征
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事实上，为了方便我们调试，大多数 Rust 类型都实现了 `Debug` 特征或者支持派生该特征：
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```rust
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#[derive(Debug)]
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struct Person {
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name: String,
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age: u8
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}
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fn main() {
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let i = 3.1415926;
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let s = String::from("hello");
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let v = vec![1,2,3];
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let p = Person{name: "sunface".to_string(),age: 18};
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println!("{:?}, {:?}, {:?},{:?}",i,s,v,p);
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}
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```
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对于数值、字符串、数组，可以直接使用 `{:?}` 进行输出，但是对于结构体，需要[派生`Debug`](../appendix/derive.md)特征后，才能进行输出，总之很简单。
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#### `Display` 特征
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与大部分类型实现了 `Debug` 不同，实现了 `Display` 特征的 Rust 类型并没有那么多，往往需要我们自定义想要的格式化方式：
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```rust
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let i = 3.1415926;
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let s = String::from("hello");
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let v = vec![1, 2, 3];
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|
let p = Person {
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name: "sunface".to_string(),
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age: 18,
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};
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println!("{}, {}, {},{}", i, s, v, p);
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```
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运行后可以看到 `v` 和 `p` 都无法通过编译，因为没有实现 `Display` 特征，但是你又不能像派生 `Debug` 一般派生 `Display`，只能另寻他法：
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- 使用 `{:?}` 或 `{:#?}`
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- 为自定义类型实现 `Display` 特征
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- 使用 `newtype` 为外部类型实现 `Display` 特征
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下面来一一看看这三种方式。
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#### {:#?}
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`{:#?}` 与 `{:?}` 几乎一样，唯一的区别在于它能更优美地输出内容：
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```console
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// {:?}
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[1, 2, 3],Person { name: "sunface", age: 18 }
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// {:#?}
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[
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1,
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2,
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3,
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],Person {
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name: "sunface",
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}
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```
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因此对于 `Display` 不支持的类型，可以考虑使用 `{:#?}` 进行格式化，虽然理论上它更适合进行调试输出。
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#### 为自定义类型实现 `Display` 特征
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如果你的类型是定义在当前作用域中的，那么可以为其实现 `Display` 特征，即可用于格式化输出：
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```rust
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struct Person {
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name: String,
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age: u8,
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}
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use std::fmt;
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impl fmt::Display for Person {
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fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
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write!(
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f,
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|
"大佬在上，请受我一拜，小弟姓名{}，年芳{}，家里无田又无车，生活苦哈哈",
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self.name, self.age
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)
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}
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}
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fn main() {
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let p = Person {
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|
name: "sunface".to_string(),
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|
|
age: 18,
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|
};
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|
println!("{}", p);
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|
}
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```
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如上所示，只要实现 `Display` 特征中的 `fmt` 方法，即可为自定义结构体 `Person` 添加自定义输出：
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```console
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|
大佬在上，请受我一拜，小弟姓名sunface，年芳18，家里无田又无车，生活苦哈哈
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```
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#### 为外部类型实现 `Display` 特征
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在 Rust 中，无法直接为外部类型实现外部特征，但是可以使用[`newtype`](./custom-type.md#newtype)解决此问题：
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```rust
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struct Array(Vec<i32>);
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use std::fmt;
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|
impl fmt::Display for Array {
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|
fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
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write!(f, "数组是：{:?}", self.0)
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}
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}
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fn main() {
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let arr = Array(vec![1, 2, 3]);
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|
println!("{}", arr);
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}
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```
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`Array` 就是我们的 `newtype`，它将想要格式化输出的 `Vec` 包裹在内，最后只要为 `Array` 实现 `Display` 特征，即可进行格式化输出：
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```console
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|
数组是：[1, 2, 3]
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```
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至此，关于 `{}` 与 `{:?}` 的内容已介绍完毕，下面让我们正式开始格式化输出的旅程。
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## 指定位置参数
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除了按照依次顺序使用值去替换占位符之外，还能让指定位置的参数去替换某个占位符，例如 `{1}`，表示用第二个参数替换该占位符(索引从0开始)：
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```rust
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fn main() {
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println!("{}{}",1,2); // =>"12"
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println!("{1}{0}",1,2); // =>"21"
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// => Alice, this is Bob. Bob, this is Alice
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println!("{0}, this is {1}. {1}, this is {0}", "Alice", "Bob");
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println!("{1}{}{0}{}",1,2); // => 2112
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}
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```
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## 带名称的变量
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除了像上面那样指定位置外，我们还可以为参数指定名称：
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```rust
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fn main() {
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println!("{argument}", argument = "test"); // => "test"
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println!("{name} {}", 1, name = 2); // => "2 1"
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println!("{a} {c} {b}", a = "a", b = 'b', c = 3); // => "a 3 b"
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}
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```
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需要注意的是：**带名称的参数必须放在不带名称参数的后面**，例如下面代码将报错：
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```rust
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println!("{abc} {1}", abc = "def", 2);
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```
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## 格式化参数
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格式化输出，意味着对输出格式会有更多的要求，例如只输出浮点数的小数点后两位：
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```rust
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fn main() {
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let v = 3.1415926;
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// Display => 3.14
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println!("{:.2}",v);
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// Debug => 3.14
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println!("{:.2?}",v);
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}
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```
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上面代码只输出小数点后两位。同时我们还展示了 `{}` 和 `{:?}` 的用法，后面如无特殊区别，就只针对 `{}` 提供格式化参数说明。
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接下来，让我们一起来看看 Rust 中有哪些格式化参数。
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#### 宽度
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宽度用来指示输出目标的长度，如果长度不够，则进行填充和对齐：
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##### 字符串填充
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字符串格式化默认使用空格进行填充，并且进行左对齐。
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```rust
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fn main() {
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//-----------------------------------
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// 以下全部输出 "Hello x !"
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// 为"x"后面填充空格，补齐宽度5
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println!("Hello {:5}!", "x");
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// 使用参数5来指定宽度
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println!("Hello {:1$}!", "x", 5);
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// 使用x作为占位符输出内容，同时使用5作为宽度
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println!("Hello {1:0$}!", 5, "x");
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// 使用有名称的参数作为宽度
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println!("Hello {:width$}!", "x", width = 5);
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//-----------------------------------
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// 使用参数5为参数x指定宽度，同时在结尾输出参数5 => Hello x !5
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println!("Hello {:1$}!{}", "x", 5);
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|
}
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```
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##### 数字填充:符号和0
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数字格式化默认也是使用空格进行填充，但与字符串左对齐不同的是，数字是右对齐。
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```rust
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fn main() {
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// 宽度是5 => Hello 5!
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println!("Hello {:5}!", 5);
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// 显式的输出正号 => Hello +5!
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println!("Hello {:+}!", 5);
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// 宽度5，使用0进行填充 => Hello 00005!
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println!("Hello {:05}!", 5);
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// 负号也要占用一位宽度 => Hello -0005!
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println!("Hello {:05}!", -5);
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}
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```
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##### 对齐
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```rust
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fn main() {
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// 以下全部都会补齐5个字符的长度
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// 左对齐 => Hello x !
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println!("Hello {:<5}!","x");
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// 右对齐 => Hello x
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println!("Hello {:>5}!","x");
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// 居中对齐 => Hello x !
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println!("Hello {:^5}!","x");
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// 对齐并使用指定符号填充 => Hello x&&&&!
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// 指定符号填充的前提条件是必须有对齐字符
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println!("Hello {:&<5}!", "x");
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|
}
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|
```
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|
#### 精度
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|
精度可以用于控制浮点数的精度或者字符串的长度
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```rust
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fn main() {
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let v = 3.1415926;
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// 保留小数点后两位 => 3.14
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println!("{:.2}",v);
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// 带符号保留小数点后两位 => +3.14
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println!("{:+.2}",v);
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// 不带小数 => 3
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println!("{:.0}",v);
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// 通过参数来设定精度 => 3.1416,相当于{:.4}
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println!("{:.1$}", v, 4);
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let s = "hi我是Sunface孙飞";
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// 保留字符串前三个字符 => hi我
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println!("{:.3}", s);
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// {:.*}接收两个参数，第一个是精度，第二个是被格式化的值 => Hello abc!
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println!("Hello {:.*}!", 3, "abcdefg");
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}
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```
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#### 进制
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可以使用 `#` 号来控制数字的进制输出：
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- `#b`, 二进制
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- `#o`, 八进制
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- `#x`, 小写十六进制
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- `#X`, 大写十六进制
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|
|
- `x`, 不带前缀的小写十六进制
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```rust
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|
fn main() {
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// 二进制 => 0b11011!
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println!("{:#b}!", 27);
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|
// 八进制 => 0o33!
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println!("{:#o}!", 27);
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// 十进制 => 27!
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println!("{}!", 27);
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|
// 小写十六进制 => 0x1b!
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println!("{:#x}!", 27);
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|
// 大写十六进制 => 0x1B!
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|
println!("{:#X}!", 27);
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// 不带前缀的十六进制 => 1b!
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println!("{:x}!", 27);
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// 使用0填充二进制，宽度为10 => 0b00011011!
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println!("{:#010b}!", 27);
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|
}
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|
```
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|
#### 指数
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```rust
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fn main() {
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println!("{:2e}", 1000000000); // => 1e9
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|
|
println!("{:2E}", 1000000000); // => 1E9
|
|
|
}
|
|
|
```
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|
|
|
#### 指针地址
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|
|
```rust
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|
|
let v= vec![1,2,3];
|
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|
println!("{:p}",v.as_ptr()) // => 0x600002324050
|
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|
```
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|
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|
|
|
#### 转义
|
|
|
有时需要输出 `{`和`}`，但这两个字符是特殊字符，需要进行转义：
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|
```rust
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|
fn main() {
|
|
|
// {使用{转义，}使用} => Hello {}
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|
|
println!("Hello {{}}");
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|
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|
|
// 下面代码会报错，因为占位符{}只有一个右括号}，左括号被转义成字符串的内容
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|
// println!("{{ Hello }");
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|
}
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|
```
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## 总结
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把这些格式化都牢记在脑中是不太现实的，也没必要，我们要做的就是知道 Rust 支持相应的格式化输出，在需要之时，读者再来查阅本文即可。
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还是那句话，[<<Rust语言圣经>>](https://github.com/sunface/rust-course)不仅仅是 Rust 学习书籍，还是一本厚重的工具书！
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