Как мне заставить мою шестнадцатеричную строку включать промежуточные нули в C++?

Как пояснялось в комментариях, std::setw — это одноразовый манипулятор. Он работает только со следующим выходным элементом. После этого ширина потока сбрасывается до 0.

Исправить это достаточно просто: переместите setw в цикл.

В демонстрационных целях я создал struct Id.

// main.cpp
#include <cstdint>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <initializer_list>

struct Id
{
    Id(std::initializer_list<std::uint8_t> l)
        : id_{ l }
    {}
    std::vector<std::uint8_t> id_;
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Id& id) {
    std::ios oldState(nullptr);
    oldState.copyfmt(os);
    os << std::hex << std::uppercase << std::setfill('0');
    for (int i = 0; i < 16; i++) {
        os << std::setw(2) << (int)id.id_[i];  // <===== setw goes here
        if (i == 3 || i == 5 || i == 7 || i == 9) os << '-';
    }
    os.copyfmt(oldState);
    return os;
}
int main()
{
    Id id{
        0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 
        0x05, 0x06, 0xAA, 0x0F, 0x0E, 0x0D, 0x0C, 0x0B
    };
    std::cout << id << '\n';
    return 0;
}

Выход:

01020304-0102-0304-0506-AA0F0E0D0C0B

Я думаю, что создание функции для преобразования, а затем вызов ее в перегрузке более пригодно для повторного использования.

здесь код

#include <cstdint>
#include <iostream>
#include <array>
#include <string>

struct Id
{
    std::array<uint8_t, 16> bytes;// std::array is same as normal array but more useful feature.
};

std::string uuid2rfc4122(const Id& uuid)
{
    static char char2hex_table[16] = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };
    std::string str;
    str.reserve(36);//this prevent for reallocate memory from push_back 

    int pos = 0;
    for (auto byte : uuid.bytes) { //this intend to do not use reference. Reference is actually pointer so their size is 8 bytes in 64bit system. it has overhead if we store reference pointer instead of value.
        //1 byte represent by 2 hex character
        str.push_back(char2hex_table[byte >> 4]); //0b1111'xxxx We don't need x. After shift value = 0b1111
        str.push_back(char2hex_table[byte & 0x0f]);//0bxxxx'1111 After bitwiseAnd value = 0b0000'1111
        ++pos;
        if (pos == 4 || pos == 6 || pos == 8 || pos == 10) {
            str.push_back('-');
        }
    }
    return str;
}

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Id& id) {
    os << uuid2rfc4122(id);
    return os;
}