面试题：C++自定义字符串格式化输出与输入解析策略

Question

设计一个C++类，该类能够实现自定义的字符串格式化输出和输入解析功能。例如，假设存在一种特定的日期格式`YYYY-MM-DD HH:MM:SS`，要求该类能够将内部存储的日期时间数据按照这种格式进行输出，并且能够从符合该格式的字符串中正确解析并设置内部日期时间数据。阐述实现思路，并给出完整的类定义及关键成员函数的实现代码，包括构造函数、格式化输出函数和输入解析函数。此外，需要考虑异常处理以及性能优化等方面。

Answer 1

实现思路

1. 成员变量：使用std::tm结构体来存储日期和时间信息。
2. 构造函数：初始化std::tm结构体的成员变量。
3. 格式化输出函数：使用<ctime>库中的strftime函数将std::tm结构体格式化为指定格式的字符串。
4. 输入解析函数：使用<regex>库来解析输入的字符串，提取出日期和时间的各个部分，并填充到std::tm结构体中。
5. 异常处理：在解析函数中，如果输入字符串格式不正确，抛出std::invalid_argument异常。
6. 性能优化：使用<regex>库的缓存机制来提高正则表达式匹配的性能。

类定义及关键成员函数实现

#include <iostream>
#include <string>
#include <ctime>
#include <regex>

class DateTimeFormatter {
private:
    std::tm dateTime;

public:
    // 构造函数
    DateTimeFormatter(int year = 1970, int month = 1, int day = 1,
                      int hour = 0, int minute = 0, int second = 0) {
        dateTime.tm_year = year - 1900;
        dateTime.tm_mon = month - 1;
        dateTime.tm_mday = day;
        dateTime.tm_hour = hour;
        dateTime.tm_min = minute;
        dateTime.tm_sec = second;
    }

    // 格式化输出函数
    std::string format() const {
        char buffer[26];
        std::strftime(buffer, 26, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", &dateTime);
        return std::string(buffer);
    }

    // 输入解析函数
    void parse(const std::string& input) {
        static const std::regex dateTimeRegex("(\\d{4})-(\\d{2})-(\\d{2}) (\\d{2}):(\\d{2}):(\\d{2})");
        std::smatch match;
        if (!std::regex_search(input, match, dateTimeRegex)) {
            throw std::invalid_argument("Invalid date time format");
        }
        dateTime.tm_year = std::stoi(match[1]) - 1900;
        dateTime.tm_mon = std::stoi(match[2]) - 1;
        dateTime.tm_mday = std::stoi(match[3]);
        dateTime.tm_hour = std::stoi(match[4]);
        dateTime.tm_min = std::stoi(match[5]);
        dateTime.tm_sec = std::stoi(match[6]);
    }
};

示例使用

int main() {
    try {
        DateTimeFormatter formatter;
        formatter.parse("2023-10-05 14:30:00");
        std::cout << "Formatted: " << formatter.format() << std::endl;

        DateTimeFormatter formatter2(2023, 10, 6, 15, 45, 30);
        std::cout << "Formatted 2: " << formatter2.format() << std::endl;
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}