std::setfill

2025-05-26

std::setfillはC++の標準ライブラリ（iomanipヘッダー）に含まれるマニピュレータの一つで、ストリーム（std::coutなどの出力ストリーム）に出力する際に、指定された幅に満たない場合に、余白を埋めるための文字（フィル文字）を設定するために使われます。

`std::setfill`の役割と使い方

std::setfillは単体では機能せず、通常はstd::setw（出力するフィールドの幅を設定するマニピュレータ）と組み合わせて使用します。

主な機能

出力幅と合わせて使用
std::setw(int width)で出力フィールドの幅を指定し、その幅に満たない場合にstd::setfillで設定したフィル文字が使われます。
フィル文字の設定
std::setfill(char c)のように、引数cに指定した文字をフィル文字として設定します。例えば、std::setfill('*')とすると、アスタリスクがフィル文字になります。

基本的な使用例

#include <iostream> // std::cout, std::endl
#include <iomanip>  // std::setfill, std::setw

int main() {
    int num = 77;

    // 10桁の幅で、空いた部分を'x'で埋める
    std::cout << std::setfill('x') << std::setw(10) << num << std::endl;

    // デフォルトのフィル文字（スペース）に戻して、別の例
    std::cout << std::setfill(' ') << std::setw(10) << 12345 << std::endl;

    // 数字の前に0を埋める例（よく使われます）
    std::cout << std::setfill('0') << std::setw(5) << 42 << std::endl;
    std::cout << std::setfill('0') << std::setw(5) << 12345 << std::endl;

    return 0;
}

出力例

xxxxxxxx77
     12345
00042
12345

std::cout << std::setfill('x') << std::setw(10) << num << std::endl;
- std::setfill('x'): フィル文字を'x'に設定します。
- std::setw(10): 次に出力されるデータ（この場合はnumの77）のために、10文字分の幅を確保するように指示します。
- num（77）は2桁なので、10桁のうち残りの8桁がフィル文字'x'で埋められます。デフォルトでは右寄せなので、xxxxxxxx77となります。
- std::setfill('0'): フィル文字を'0'に設定します。
- std::setw(5): 5桁の幅を確保します。
- 42は2桁なので、残りの3桁が'0'で埋められ、00042となります。これは、日付や時刻、IDなどで固定桁数で表示したい場合によく利用されます。

デフォルトのフィル文字はスペースです。
std::setwは、次に一度だけ出力されるデータに対してのみ幅を適用します。そのため、複数回固定幅で出力したい場合は、その都度std::setwを指定する必要があります。
std::setfillで設定されたフィル文字は、明示的に変更するか、ストリームの状態がリセットされるまで有効です。

std::setwと併用していない、または誤解している

よくある間違い
std::setfillだけを使っている、またはstd::setwの動作を誤解している。

std::setfillは、「空白を埋める文字」を設定するものであり、「どのくらいの幅に埋めるか」はstd::setwで指定しなければなりません。 std::setwがない場合、std::setfillは何も効果を発揮しません（デフォルトの幅、つまりデータ自身の幅で出力されるため、埋める余白が発生しない）。

例

#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    // 誤った例: setwがないのでsetfillは効果がない
    std::cout << std::setfill('*') << 123 << std::endl; // 出力: 123

    // 正しい例: setwと併用
    std::cout << std::setfill('*') << std::setw(5) << 123 << std::endl; // 出力: **123
    return 0;
}

トラブルシューティング

std::setfillを使う際には、必ずその直前（または同じ出力ストリーム操作内）でstd::setwを使って出力幅を指定しているか確認してください。

std::setwの効果が1回限りであることを忘れている

よくある間違い
std::setwが一度設定すると、それ以降のすべての出力に適用されると誤解している。

std::setwは、次にストリームに出力されるデータ1つに対してのみ幅を設定します。そのため、複数のデータに固定幅を適用したい場合は、その都度std::setwを記述する必要があります。std::setfillは一度設定するとそのストリームの状態として保持されますが、std::setwはそうではありません。

例

#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    std::cout << std::setfill('0'); // フィル文字は設定済み

    // 誤った例: 2番目の出力にはsetwが適用されない
    std::cout << std::setw(5) << 42 << " " << 123 << std::endl; // 出力: 00042 123

    // 正しい例: それぞれの出力にsetwを適用
    std::cout << std::setw(5) << 42 << " " << std::setw(5) << 123 << std::endl; // 出力: 00042 00123
    return 0;
}

トラブルシューティング

固定幅で出力したいデータごとにstd::setwを記述しているか確認してください。

std::setfillの引数がchar型ではない

よくある間違い
std::setfillの引数に文字列リテラル（"0"など）を渡してしまう。

std::setfillは、引数として**1文字（char型）**を期待します。"0"のように二重引用符で囲まれたものは文字列リテラル（const char*型）であり、char型とは異なります。これによりコンパイルエラーが発生します。

例

#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    // 誤った例: 文字列リテラルを渡しているためコンパイルエラー
    // std::cout << std::setfill("0") << std::setw(5) << 42 << std::endl;

    // 正しい例: 文字リテラルを渡す
    std::cout << std::setfill('0') << std::setw(5) << 42 << std::endl; // 出力: 00042
    return 0;
}

トラブルシューティング

std::setfillの引数が一重引用符で囲まれた1文字（例: '0', '*', ' '）であることを確認してください。

必要なヘッダーファイルを含めていない

よくある間違い
iomanipヘッダーを含めていない。

std::setfillやstd::setwは<iomanip>ヘッダーで定義されています。このヘッダーを含めていない場合、コンパイルエラー（例: 'setfill' is not a member of 'std'）が発生します。

トラブルシューティング

ソースファイルの先頭に#include <iomanip>があるか確認してください。

std::setfillは、std::leftやstd::rightといったアライメント指定子と組み合わせることで、フィル文字がデータの左右どちらに挿入されるかを制御できます。意図しないアライメントになっている場合は、これらのマニピュレータの設定を確認してください。

例

#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    std::cout << std::setfill('*');

    // デフォルト（右寄せ）
    std::cout << std::setw(10) << 123 << std::endl; // 出力: *******123

    // 左寄せ
    std::cout << std::left << std::setw(10) << 123 << std::endl; // 出力: 123*******

    // 中央寄せは標準では提供されないため、工夫が必要
    // 例: 中央寄せは通常、左右それぞれにsetwを適用して実現
    std::string s = "Hello";
    int width = 10;
    int s_len = s.length();
    int padding_left = (width - s_len) / 2;
    int padding_right = width - s_len - padding_left;

    std::cout << std::setfill('-') << std::setw(padding_left + s_len) << std::right << s
              << std::setw(padding_right) << "" << std::endl; // 出力: --Hello---
    return 0;
}

フィル文字が期待する位置にない場合、std::leftやstd::rightの指定を確認・調整してください。

例1: 基本的な使い方 - 数字のゼロ埋め

最も一般的なstd::setfillの使い方は、数字を固定桁数で表示し、余った桁をゼロで埋める場合です。

#include <iostream> // 標準入出力 (std::cout, std::endl)
#include <iomanip>  // マニピュレータ (std::setfill, std::setw)

int main() {
    int id = 7;
    int year = 2025;
    double price = 123.45;

    std::cout << "--- 基本的なゼロ埋め ---" << std::endl;

    // IDを3桁でゼロ埋め
    // setfill('0') でフィル文字を'0'に設定
    // setw(3) で次の出力の幅を3桁に設定
    std::cout << "ID: " << std::setfill('0') << std::setw(3) << id << std::endl;
    // 出力: ID: 007

    // 年を4桁でゼロ埋め (ただし、年は4桁なので埋められない)
    std::cout << "Year: " << std::setfill('0') << std::setw(4) << year << std::endl;
    // 出力: Year: 2025 (元の桁数が幅以上なのでゼロ埋めされない)

    // 商品コードのようなものを5桁でゼロ埋め
    int product_code = 101;
    std::cout << "Product Code: " << std::setfill('0') << std::setw(5) << product_code << std::endl;
    // 出力: Product Code: 00101

    // 浮動小数点数も同様に扱えるが、setprecisionなどとの組み合わせに注意
    // この場合、小数部は桁数に含まれないため、出力が異なる
    std::cout << "Price: " << std::setfill('0') << std::setw(10) << price << std::endl;
    // 出力: Price: 0000123.45 (小数点とその前の数字が固定幅に収まるようにゼロ埋め)

    return 0;
}

ポイント

std::setwで指定した幅が元のデータの桁数より小さい場合、データは切り捨てられずにそのまま出力されます（幅が拡張されます）。
std::setw(N)は次にくるデータに対してのみ有効なので、固定桁数で表示したいデータの直前に毎回記述する必要があります。
std::setfill('0')でフィル文字をゼロに指定しています。

例2: 異なるフィル文字とアライメントの制御

std::setfillは、std::leftやstd::rightなどのアライメントマニピュレータと組み合わせて、フィル文字の挿入位置を制御できます。

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string> // std::string

int main() {
    std::string name = "Alice";
    int score = 85;

    std::cout << "--- 異なるフィル文字とアライメント ---" << std::endl;

    // デフォルトは右寄せ (右にデータ、左にフィル文字)
    std::cout << "Right align (default): " << std::setfill('-') << std::setw(15) << name << std::endl;
    // 出力: Right align (default): ----------Alice

    // 左寄せ (左にデータ、右にフィル文字)
    std::cout << "Left align:          " << std::left << std::setfill('*') << std::setw(15) << name << std::endl;
    // 出力: Left align:          Alice**********

    // フィル文字をスペースに戻して右寄せ (デフォルトに戻る)
    std::cout << "Score (right align): " << std::right << std::setfill(' ') << std::setw(5) << score << std::endl;
    // 出力: Score (right align):    85

    // 数字の符号とフィル文字の位置
    // internalは符号を左端に、数値を右端に配置し、間にフィル文字を埋める
    int negative_num = -123;
    std::cout << "Internal align:      " << std::internal << std::setfill('.') << std::setw(10) << negative_num << std::endl;
    // 出力: Internal align:      -.....123

    // leftやrightにすると符号もデータの一部と見なされる
    std::cout << "Left align (-):      " << std::left << std::setfill(' ') << std::setw(10) << negative_num << std::endl;
    // 出力: Left align (-):      -123

    std::cout << "Right align (-):     " << std::right << std::setfill(' ') << std::setw(10) << negative_num << std::endl;
    // 出力: Right align (-):        -123

    return 0;
}

ポイント

std::internalは数値の符号と数値本体の間にフィル文字を挿入したい場合に特に便利です。
std::setfillも同様に、一度設定すると変更されるまで有効です。
std::left、std::right、std::internalはストリームの状態を変更するため、一度設定すると変更されるまで有効です。

std::setfillとstd::setwを組み合わせて、整形されたテーブルを出力する例です。

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <vector> // std::vector

struct Item {
    int id;
    std::string name;
    double price;
};

int main() {
    std::vector<Item> items = {
        {101, "Laptop", 1200.50},
        {102, "Mouse", 25.00},
        {103, "Keyboard", 75.99},
        {104, "External HDD", 150.00}
    };

    // ヘッダー行の出力
    std::cout << std::left // ヘッダーは左寄せ
              << std::setw(5) << "ID"
              << std::setw(15) << "Name"
              << std::right // 価格は右寄せ
              << std::setw(10) << "Price" << std::endl;

    // 区切り線の出力 (フィル文字に'-'を使用)
    std::cout << std::setfill('-') << std::setw(5 + 15 + 10) << "" << std::endl;
    // setfill('-')で'-'をフィル文字に設定
    // setw(合計幅)で区切り線の幅を設定
    // "" を出力することで、幅全体がフィル文字で埋まる

    // フィル文字をスペースに戻す
    std::cout << std::setfill(' ');

    // アイテムデータの出力
    for (const auto& item : items) {
        std::cout << std::left // IDとNameは左寄せ
                  << std::setw(5) << item.id
                  << std::setw(15) << item.name
                  << std::right // Priceは右寄せ
                  << std::fixed << std::setprecision(2) // 浮動小数点数を固定小数点形式で2桁表示
                  << std::setw(10) << item.price << std::endl;
    }

    return 0;
}

出力例

ID   Name             Price
------------------------------
101  Laptop         1200.50
102  Mouse            25.00
103  Keyboard         75.99
104  External HDD    150.00

std::fixedとstd::setprecisionは浮動小数点数の出力形式を制御します。これらもiomanipに含まれるマニピュレータです。
区切り線はstd::setfill('-')とstd::setw(合計幅)、そして空文字列""を組み合わせることで簡単に作成できます。
ヘッダーとデータ行でアライメントを切り替えることで、見やすいテーブルを作成しています。

printf (C言語スタイル)

C++はC言語との互換性があるため、C言語の標準出力関数であるprintfを使用することができます。printfは書式文字列を用いて出力形式を細かく指定できるため、std::setfillと同様のパディング（埋め合わせ）を行うことが可能です。

特徴

パフォーマンス
一般的にiostreamsよりも高速であると言われることが多いですが、現代のコンパイラでは差は小さくなっています。
型安全性がない
引数の型と書式指定子が一致しない場合、未定義動作を引き起こす可能性があります。
書式文字列
%に続く書式指定子で、型、幅、パディング文字などを指定します。

printfでのパディングの例（ゼロ埋め）

#include <cstdio> // printf を使うために必要

int main() {
    int num = 42;
    double value = 123.4;

    // 5桁でゼロ埋め (右寄せ)
    printf("Number: %05d\n", num); // '0' がフィル文字、'5' が幅、'd' が整数

    // 10桁でスペース埋め (右寄せ)
    printf("Value:  %10.2f\n", value); // '10' が幅、'.2' が小数点以下2桁、'f' が浮動小数点数

    // 10桁でスペース埋め (左寄せ)
    printf("Text:   %-10s\n", "Hello"); // '-' が左寄せ、'10' が幅、's' が文字列

    return 0;
}

出力例

Number: 00042
Value:      123.40
Text:   Hello

トラブルシューティング

セキュリティ
書式文字列がユーザー入力に由来する場合、書式文字列の脆弱性（format string vulnerability）を引き起こす可能性があります。
書式指定子の間違い
型と指定子が一致しないと、クラッシュなどの未定義動作が発生します。

std::string操作と手動パディング

出力ストリームに直接書き込むのではなく、まずstd::stringを構築し、その中でパディングを行う方法です。これは特に複雑な文字列操作が必要な場合や、出力前に文字列を完全に準備しておきたい場合に有効です。

特徴

効率
短い文字列ではオーバーヘッドが少ないですが、非常に長い文字列や大量の操作ではパフォーマンスに注意が必要です。
明示的
コードの意図が明確になります。
柔軟性
任意の文字を任意の場所に挿入できます。

std::string操作でのパディングの例

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm> // std::string(count, char) を使う

// 数字をゼロ埋めする関数
std::string zero_pad(int number, int width) {
    std::string s = std::to_string(number);
    if (s.length() < width) {
        return std::string(width - s.length(), '0') + s;
    }
    return s;
}

// 文字列を特定の文字でパディングする関数
std::string pad_string(const std::string& text, int width, char fill_char, bool left_align = false) {
    if (text.length() >= width) {
        return text; // 幅以上ならそのまま
    }
    int padding_needed = width - text.length();
    std::string padding(padding_needed, fill_char);
    if (left_align) {
        return text + padding;
    } else {
        return padding + text;
    }
}

int main() {
    std::cout << "--- std::string 操作によるパディング ---" << std::endl;

    // 数字のゼロ埋め
    std::cout << "ID: " << zero_pad(7, 3) << std::endl;
    // 出力: ID: 007

    // 文字列のスペース埋め（右寄せ）
    std::cout << "Item: " << pad_string("Apple", 10, ' ') << std::endl;
    // 出力: Item:      Apple

    // 文字列のスペース埋め（左寄せ）
    std::cout << "Name: " << pad_string("Bob", 10, ' ', true) << std::endl;
    // 出力: Name: Bob       

    // アスタリスクで埋める例
    std::cout << "Stars: " << pad_string("Data", 8, '*', false) << std::endl;
    // 出力: Stars: ****Data

    return 0;
}

ポイント

std::to_stringで数値を文字列に変換します。
std::string(count, char)コンストラクタを使用して、指定した文字を繰り返す文字列を簡単に作成できます。

C++20で導入されたstd::formatは、Pythonのf-stringやC#の複合書式設定に似た、安全で強力な文字列整形機能です。これはprintfの書式指定の柔軟性と、iostreamsの型安全性を兼ね備えています。std::setfillの最も強力な代替手段と言えるでしょう。

特徴

パフォーマンス
通常、iostreamsやprintfよりも高速です。
柔軟なパディング
フィル文字、幅、アライメントを簡単に指定できます。
読みやすい書式文字列
{}内に書式指定を記述します。
型安全
引数の型と書式指定子が自動的にチェックされます。

std::formatでのパディングの例

#include <iostream>
#include <string>
#include <format> // C++20以降

int main() {
    int num = 42;
    std::string name = "Charlie";

    std::cout << "--- std::format によるパディング ---" << std::endl;

    // 5桁でゼロ埋め (右寄せ)
    std::cout << std::format("Number: {:05}\n", num); // :05 はゼロ埋め5桁を意味する
    // 出力: Number: 00042

    // 10桁でスペース埋め (左寄せ)
    std::cout << std::format("Name (left): {:<10}\n", name); // :<10 は左寄せ10桁を意味する
    // 出力: Name (left): Charlie   

    // 10桁でスペース埋め (右寄せ)
    std::cout << std::format("Name (right): {:>10}\n", name); // :>10 は右寄せ10桁を意味する
    // 出力: Name (right):    Charlie

    // 15桁でアスタリスク埋め (中央寄せ)
    std::cout << std::format("Centered: {:*^15}\n", "Middle"); // :*^15 はアスタリスクで中央寄せ15桁
    // 出力: Centered: ****Middle*****

    // 符号と数値の間にゼロ埋め（printfの`%0`に近い）
    int neg_num = -123;
    std::cout << std::format("Negative: {:08}\n", neg_num); // :08 はゼロ埋め8桁。符号は先にくる。
    // 出力: Negative: -0000123
    
    // 符号の後のゼロ埋め (内部パディング)
    // std::formatではsetfillのinternalフラグに相当する指定は直接できないが、
    // 書式指定子を工夫することで同様の表現は可能
    std::cout << std::format("Internal-like: {0:+} {0:_>8}\n", neg_num); // 例として、符号と数値の間に別のパディングを表現
    // 出力: Internal-like: - -_-_-_123

    return 0;
}

ポイント

std::formatはまだ比較的新しい機能なので、使用するコンパイラがC++20をサポートしているか確認が必要です。
フィル文字はアライメント指定子（<, >, ^）の直前に置きます（例: :*^15）。
0はゼロ埋め、<は左寄せ、>は右寄せ、^は中央寄せを意味します。
{}の中にコロン : を使い、その後に書式指定子を記述します。

これらの代替手段は、それぞれ異なる利点と欠点を持っています。

std::format
現代的で強力な選択肢であり、型安全性と柔軟な書式指定を兼ね備えています。新しいプロジェクトやC++20以降を使う場合は推奨されます。
std::string操作
最も低レベルで柔軟な制御が可能ですが、コード量が増えがちです。
printf
C言語由来で、シンプルかつ高速ですが、型安全性に欠けます。
std::setfillとiostreams
C++標準の古典的な方法で、ストリームの状態を操作します。多くのC++プロジェクトで広く使われています。

std::setfill

std::setfillの役割と使い方

std::setwと併用していない、または誤解している

std::setwの効果が1回限りであることを忘れている

std::setfillの引数がchar型ではない

必要なヘッダーファイルを含めていない

例1: 基本的な使い方 - 数字のゼロ埋め

例2: 異なるフィル文字とアライメントの制御

printf (C言語スタイル)

std::string操作と手動パディング

`std::setfill`の役割と使い方