41、C++20 实用工具：std::source_location，获取源码位置信息。

调试日志、异常处理、单元测试……这些场景里，我们经常需要知道「这行代码到底在哪个文件、哪个函数、第几行」。以前的做法很原始：用 __FILE__、__LINE__ 这些预定义宏。说实话，用起来挺别扭的——宏是文本替换，没法封装，还容易踩坑。

C++20 终于给了我们一个正经的解决方案：std::source_location。它是个轻量级的值类型，能捕获调用点的源码位置。我个人习惯把它当作「编译器的自拍神器」——你调用它的时候，它咔嚓一下，把当前的文件名、行号、函数名全拍下来。

为什么需要它？

先说说老办法的问题。你写过这样的代码吗？

#define LOG(msg) \
    std::cout << __FILE__ << ":" << __LINE__ << " " << msg << std::endl;

嗯，宏确实能工作。但宏有个毛病：它不遵守作用域规则，没法放进命名空间，也没法作为参数传递。更麻烦的是，如果你在头文件里定义了这个宏，不同编译单元展开时，__LINE__ 的值可能不是你想要的。

我在项目中遇到过一个问题：一个日志宏被嵌套在另一个宏里调用，结果 __LINE__ 始终指向外层宏的调用点，而不是真正出问题的那一行。排查了半天，最后发现是宏展开顺序的锅。从那以后，我就特别希望有个「非宏」的解决方案。

std::source_location 就是来干这个的。它是个标准库类，不是宏，所以可以正常传参、返回、存储。而且它捕获的是「调用点」的信息，不是「定义点」的信息——这一点非常关键。

核心用法

先看个最简单的例子：

#include <source_location>
#include <iostream>

void log(const std::string& msg,
         const std::source_location& loc = std::source_location::current())
{
    std::cout << loc.file_name() << "("
              << loc.line() << ":"
              << loc.column() << ") "
              << loc.function_name() << ": "
              << msg << std::endl;
}

int main()
{
    log("Hello, world!");
    return 0;
}

输出大概是这样的：

main.cpp(15:5) int main(): Hello, world!

注意看，log 函数的默认参数 std::source_location::current() 是在调用点求值的。也就是说，当你在 main 里调用 log 时，current() 捕获的是 main 函数里第 15 行的位置，而不是 log 函数定义的位置。

为什么会这样？因为默认参数是在调用者的上下文中求值的。这是 C++ 的一个巧妙设计，source_location 充分利用了这一点。

成员方法一览

方法	返回值	说明
file_name()	const char*	源文件名（实现定义，通常是相对路径）
function_name()	const char*	函数签名（包含返回类型和参数）
line()	uint_least32_t	行号（从 1 开始）
column()	uint_least32_t	列号（从 1 开始，有些编译器可能返回 0）

这里有个细节：column() 的支持程度因编译器而异。GCC 和 Clang 从较新版本开始支持列号，MSVC 我记得在 VS 2019 16.10 之后也支持了。如果你需要跨编译器兼容，建议先检查一下。

实战：带源码位置的断言

我们来实现一个更智能的断言宏——不对，这次我们用函数，不用宏。

#include <source_location>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <string>

[[noreturn]] void assertion_failed(
    const std::string& expr,
    const std::source_location& loc = std::source_location::current())
{
    std::cerr << "Assertion failed: " << expr
              << "\n  at " << loc.file_name()
              << ":" << loc.line()
              << " in " << loc.function_name()
              << std::endl;
    std::abort();
}

#define MY_ASSERT(expr) \
    do { \
        if (!(expr)) { \
            assertion_failed(#expr); \
        } \
    } while (false)

等等，这里还是用了宏？嗯，是的。因为 #expr 这个「字符串化」操作只有宏能做到。但关键的区别在于：source_location 的捕获是在 assertion_failed 函数内部完成的，而不是在宏展开处。这样即使宏被嵌套调用，位置信息也是准确的。

我曾经在调试一个大型服务时，发现日志里打印的行号总是差几行。后来发现是因为宏里用了 __LINE__，而宏被包在另一个宏里。换成 source_location 之后，问题就解决了。说白了，source_location 比宏更「诚实」——它只反映真实的调用点，不玩文字游戏。

性能与开销

你可能会担心：每次调用都构造一个 source_location 对象，会不会有性能开销？

答案是：几乎为零。std::source_location::current() 是一个「魔法函数」，编译器通常把它实现为内建函数，直接读取编译时的调试信息。它不分配内存，不涉及系统调用，连虚函数都没有。生成的对象大小通常只有几十个字节，可以按值传递。

我做过一个简单的基准测试：在热路径上每 100 纳秒调用一次带 source_location 的日志函数，性能损耗几乎测不出来。当然，如果你在每秒百万次调用的循环里打印日志，那瓶颈肯定在 I/O 上，不在 source_location 上。

与旧式宏的对比

特性	__FILE__/__LINE__	std::source_location
类型安全	宏，文本替换	值类型，可传参
作用域	全局可见	可放入命名空间
函数名	需要 __FUNCTION__ 或 __PRETTY_FUNCTION__	内置 function_name()
列号	无标准支持	有 column()
默认参数	不支持	完美支持
可测试性	难以 mock	可构造假对象

避坑指南

另外，function_name() 返回的字符串格式是「实现定义」的。GCC 和 Clang 会返回完整的函数签名（包括模板参数和返回类型），而 MSVC 可能只返回函数名。如果你需要解析这个字符串，建议先在你的目标编译器上测试一下。

知识结构图

下面这张图展示了 std::source_location 在整个 C++20 实用工具中的位置，以及它的核心设计思路：

总结

std::source_location 是个小工具，但很实用。它解决了 C++ 里一个长期存在的痛点：如何优雅地获取源码位置。我个人觉得，它最大的价值不在于「能做什么」，而在于「不用再做什么」——不用再写那些丑陋的宏，不用再担心宏展开的坑，不用再手动拼接 __FILE__ 和 __LINE__。

如果你还在用 C++17 或更早的标准，我建议你考虑升级到 C++20。光是为了 source_location 和 std::span 这几个小工具，就值得了。嗯，当然还有 concepts 和 ranges 这些大杀器——不过那是另一章的内容了。