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一.atoi及atof库函数的工作原理
1.1atoi
1.2atof
1.3使用时的注意事项
注意事项
1. 检查输入字符串是否为 NULL
2. 检查字符串是否仅包含有效的数字字符
3. 检查转换结果是否在预期范围内
4. 使用更健壮的替代函数
二. 模拟实现atoi和atof
2.1模拟 atoi 和 atof 函数时的思路和注意事项
1.模拟 atoi 函数的思路
2.模拟 atof 函数的思路
3.注意事项
2.2 atoi的模拟实现
2.3 atof的模拟实现
三. 完结散花
悟已往之不谏，知来者犹可追
创作不易，宝子们！如果这篇文章对你们有帮助的话，别忘了给个免费的赞哟~
一.atoi及atof库函数的工作原理
在C语言编程中，字符串与数值之间的转换是常见的操作。为了简化这一操作，C标准库提供了一系列函数，其中atoi和atof是两个非常重要的函数，它们分别用于将字符串转换为整数和浮点数。
1.1atoi
首先，我们来看看atoi函数。atoi是“ASCII to integer”的缩写，它的主要功能是将一个ASCII码表示的字符串转换成整数。函数原型为int atoi(const char *nptr);，其中nptr是指向要转换的字符串的指针。这个函数会扫描整个字符串，跳过前面的空白字符（例如空格，制表符，换行符等），直到遇到第一个非空白字符为止。然后，从该字符开始，对连续的数字字符进行解析，直到遇到非数字字符为止。最后，将解析得到的数字字符转换为对应的整数，并返回该整数。如果字符串无法被解析为一个有效的整数，或者表示的数值超出了int类型的表示范围，那么atoi函数的行为是未定义的。因此，在使用atoi函数时，需要确保输入的字符串是有效的，且表示的数值在int类型的表示范围内。
以下是对atoi和atof函数更具体的解释，并附带了一些示例代码，以帮助您更好地理解它们的用法。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
const char *str1 = "12345";
const char *str2 = " -6789"; // 前面有空格
const char *str3 = "abc123"; // 非数字开头
const char *str4 = "12345678901234567890"; // 超出int范围
int num1 = atoi(str1);
int num2 = atoi(str2);
int num3 = atoi(str3); // 将返回0，因为字符串不是以数字开头
int num4 = atoi(str4); // 超出int范围的行为是未定义的
printf("num1 = %d\n", num1); // 输出: num1 = 12345
printf("num2 = %d\n", num2); // 输出: num2 = -6789
printf("num3 = %d\n", num3); // 输出: num3 = 0
printf("num4 = %d\n", num4); // 输出可能不正确，因为超出了int的范围
return 0;
}在这个例子中，atoi 函数成功地将 str1 和 str2 转换为整数，但 str3 不能被转换为整数，因为它不是以数字字符开始的，所以 atoi 返回0。str4 表示的数字超出了 int 类型的范围，因此结果将是未定义的。
1.2atof
接下来，我们看看atof函数。atof是“ASCII to floating point”的缩写，它的功能是将一个ASCII码表示的字符串转换成浮点数。函数原型为double atof(const char *nptr);，其中nptr同样是指向要转换的字符串的指针。atof函数的处理方式与atoi类似，也是先跳过字符串前面的空白字符，然后从第一个非空白字符开始解析数字字符，直到遇到非数字字符为止。不同的是，atof函数在解析数字字符时，会同时解析可能存在的正负号、小数点以及指数部分，以得到完整的浮点数表示。然后，将解析得到的数字字符转换为对应的浮点数，并返回该浮点数。如果字符串无法被解析为一个有效的浮点数，那么atof函数会返回0.0。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
const char *str1 = "123.45";
const char *str2 = " -678.90"; // 前面有空格
const char *str3 = "abc123.45"; // 非数字开头
const char *str4 = "1.23e-4"; // 科学计数法
double num1 = atof(str1);
double num2 = atof(str2);
double num3 = atof(str3); // 将返回0.0，因为字符串不是以数字开头
double num4 = atof(str4); // 可以解析科学计数法
printf("num1 = %f\n", num1); // 输出: num1 = 123.450000
printf("num2 = %f\n", num2); // 输出: num2 = -678.900000
printf("num3 = %f\n", num3); // 输出: num3 = 0.000000
printf("num4 = %f\n", num4); // 输出: num4 = 0.000123
return 0;
}在这个例子中，atof 函数成功地将 str1、str2 和 str4 转换为浮点数。但是，由于 str3 不是以数字字符开始的，atof 函数返回了0.0。注意，atof 还可以解析科学计数法表示的浮点数，如 str4 所示。
1.3使用时的注意事项
注意事项
- 使用
atoi和atof时，应确保输入字符串是有效的，并且表示的数值在相应类型的表示范围内。 - 这两个函数不会检查错误，比如输入字符串是否为
NULL或者是否包含非数字字符。在实际应用中，你可能需要添加额外的错误检查逻辑。 - 这两个函数在处理大数或异常输入时可能会产生不可预测的结果，因此在需要精确处理数值转换的场景中，建议使用更健壮的解析方法，比如
strtol和strtod函数，它们提供了更详细的错误处理机制。
在实际应用中，使用 atoi 和 atof 函数时，确实需要添加额外的错误检查逻辑，以确保输入字符串的合法性以及转换结果的正确性。下面是一些关于如何添加错误检查逻辑的详细建议：
1. 检查输入字符串是否为 NULL
在使用 atoi 或 atof 之前，首先应该检查传入的字符串指针是否为 NULL。如果指针为 NULL，直接进行转换将导致程序崩溃。
const char *str = /* 获取或定义字符串 */;
if (str == NULL) {
// 处理错误，例如打印错误消息或返回错误代码
}
2. 检查字符串是否仅包含有效的数字字符
atoi 和 atof 函数会跳过字符串前面的空白字符，并尝试解析后续的字符为数字。但是，它们不会检查字符串中是否包含除数字、正负号、小数点和指数符号之外的其他字符。因此，如果需要更严格的验证，应该手动检查字符串内容。
#include <ctype.h> // 引入字符处理函数
bool is_valid_number(const char *str) {
// 检查是否以正负号开头
if (*str == '+' || *str == '-') {
str++;
}
// 检查后续字符
while (*str != '\0') {
if (!isdigit(*str) && *str != '.' && (*str != 'e' && *str != 'E') &&
(!(*str == '+' || *str == '-') || (str > string && *(str - 1) == 'e' || *(str - 1) == 'E'))) {
return false; // 包含非法字符
}
str++;
}
return true; // 字符串仅包含有效数字字符
}
// 在转换之前调用此函数检查字符串
if (!is_valid_number(str)) {
// 处理错误，字符串包含非法字符
}
3. 检查转换结果是否在预期范围内
即使字符串看起来像是有效的数字，转换结果也可能不在预期范围内。例如，对于 atoi，如果转换的整数超出了 int 类型的表示范围，结果是未定义的。对于 atof，虽然结果通常是可预测的，但如果字符串表示的数值过大或过小，可能会导致精度损失。
int num = atoi(str);
// 检查转换后的整数是否在int的表示范围内
if (num > INT_MAX || num < INT_MIN) {
// 处理溢出错误
}
double fnum = atof(str);
// 对于atof，通常没有直接的溢出检查，但可以检查特殊值或异常大的数值
if (isinf(fnum) || isnan(fnum)) {
// 处理无穷大或非数字错误
}
4. 使用更健壮的替代函数
如果可能的话，建议使用更健壮的替代函数，如 strtol 和 strtod，它们提供了更详细的错误处理机制。这些函数能够返回转换后的数值以及遇到的第一个非法字符的位置，从而提供了更多的错误信息。
#include <stdlib.h> // 引入 strtol 和 strtod
char *endptr; // 用于存储遇到非法字符的位置
long int num = strtol(str, &endptr, 10); // 10 表示使用十进制
if (str == endptr) {
// 没有字符被转换，字符串不是有效的数字
} else if (*endptr != '\0') {
// 字符串包含非法字符
}
通过这些额外的错误检查逻辑，你可以增加程序的健壮性，确保在转换字符串为数值时能够正确处理各种异常情况。
二. 模拟实现atoi和atof
2.1模拟 atoi 和 atof 函数时的思路和注意事项
1.模拟
atoi函数的思路
atoi函数的主要作用是将一个字符串转换成整型数据。模拟实现这个函数时，可以按照以下步骤进行：
- 初始化变量：
- 定义一个
int类型的变量result，用于存储转换结果，初始化为 0。- 定义一个
int类型的变量sign，用于表示数字的符号，初始化为 1（表示正数）。- 处理符号：
- 检查字符串的第一个字符是否为负号 '-'。如果是，将
sign设置为 -1，并将字符串指针向后移动一位。- 转换数字：
- 遍历字符串中的每个字符，只要字符是数字（'0' 到 '9'），就将其转换为对应的整数值，并累加到
result上。这通常通过字符与 '0' 的 ASCII 值之差来实现。- 在累加过程中，要检查
result是否会溢出。这通常通过比较result与INT_MAX和INT_MIN来实现。- 返回结果：
- 将
result与sign相乘，得到最终的整型结果。- 返回结果。
2.模拟 atof 函数的思路
atof函数的作用是将一个字符串转换成浮点型数据。模拟实现这个函数时，可以按照以下步骤进行：
- 初始化变量：
- 定义一个
double类型的变量result，用于存储转换结果，初始化为 0.0。- 定义一个
int类型的变量sign，用于表示数字的符号，初始化为 1（表示正数）。- 定义一个
double类型的变量fraction，用于处理小数部分，初始化为 0.1。- 定义一个
int类型的变量exponent和exponent_sign，用于处理科学计数法中的指数部分。- 处理符号：
- 检查字符串的第一个字符是否为负号 '-'。如果是，将
sign设置为 -1，并将字符串指针向后移动一位。- 转换整数部分：
- 遍历字符串中的每个字符，直到遇到小数点或字符串结束。对于每个数字字符，将其转换为对应的整数值，并累加到
result上。- 转换小数部分：
- 如果字符串中包含小数点，继续遍历小数点后的字符。对于每个数字字符，将其转换为对应的整数值，并与
fraction相乘后累加到result上。每次迭代后，fraction需要乘以 0.1 以减小权重。- 处理指数部分：
- 如果字符串中包含 'e' 或 'E' 后跟的数字，解析这些数字作为指数，并根据
exponent_sign的值决定是乘以 10 的正数次幂还是负数次幂。- 返回结果：
- 将
result与sign相乘，得到最终的浮点型结果。- 返回结果。
3.注意事项
- 溢出处理：
- 在转换过程中，要特别注意整型和浮点型的溢出情况。对于整型，要检查累加结果是否超过
INT_MAX或INT_MIN。对于浮点型，虽然double类型通常能表示很大范围的数，但还是要避免不合理的计算导致精度损失或溢出。- 错误处理：
- 如果字符串中包含非数字字符（除了可能的符号、小数点和指数表示外），应该考虑如何处理这些情况。你可以选择忽略它们，或者返回一个错误标志。
- 空指针检查：
- 在实现这些函数时，要确保输入的字符串指针不是空指针，以避免程序崩溃。
- 边界条件测试：
- 在编写完代码后，要进行充分的测试，特别是针对边界条件（如最大/最小整数、最大/最小浮点数、空字符串、只包含符号的字符串等）进行测试。
- 性能优化：
- 虽然这些模拟实现的性能可能不是最优的，但对于学习和理解
atoi和atof的工作原理来说已经足够了。在实际应用中，可能会使用更高效的算法或库函数来进行字符串到数字的转换。
2.2 atoi的模拟实现
#include <ctype.h> // 引入字符处理函数
int my_atoi(const char *str) {
int sign = 1;
int result = 0;
// 跳过空白字符
while (isspace(*str)) {
str++;
}
// 检查符号
if (*str == '-') {
sign = -1;
str++;
} else if (*str == '+') {
str++;
}
// 转换数字字符
while (isdigit(*str)) {
if (result > INT_MAX / 10 || (result == INT_MAX / 10 && *str - '0' > 7)) {
// 处理溢出情况
if (sign == 1) {
return INT_MAX;
} else {
return INT_MIN;
}
}
result = result * 10 + (*str - '0');
str++;
}
return sign * result;
}if (result > INT_MAX / 10 || (result == INT_MAX / 10 && *str - '0' > 7)) {
// 处理溢出情况
if (sign == 1) {
return INT_MAX;
} else {
return INT_MIN;
}
}这段代码是 my_atoi 函数中的一部分，它负责处理整数溢出的情况。在将字符串转换为整数时，我们需要确保结果不会超出 int 类型的表示范围。
让我们逐行解释这段代码：
-
result > INT_MAX / 10:
这一条件检查当前的result是否已经大于INT_MAX除以 10 的结果。INT_MAX / 10实际上是整数能够表示的最大值去掉最后一位后的数。如果result已经大于这个数，那么再加上当前字符代表的数（0-9），结果肯定会溢出。 -
result == INT_MAX / 10 && *str - '0' > 7:
这一条件稍微复杂一些。它首先检查result是否等于INT_MAX / 10，这表示result已经是整数能够表示的最大值去掉最后一位后的数。然后，它检查当前字符代表的数是否大于 7（即当前字符是否为 '8'、'9'）。如果这两个条件都满足，那么将当前字符代表的数加到result上也会导致溢出。
一旦上述任一条件为真，代码就进入处理溢出情况的逻辑。
if (sign == 1) { return INT_MAX; } else { return INT_MIN; }:
这里根据符号sign来确定返回的值。如果sign为正（即sign == 1），则返回INT_MAX。这是因为当尝试将一个大于INT_MAX的数转换为int时，根据 C 语言的整数溢出行为，结果会是INT_MAX。类似地，如果sign为负，则返回INT_MIN，因为尝试将一个小于INT_MIN的数转换为int时，结果会是INT_MIN。
这种处理方式是遵循 C 语言中整数溢出的未定义行为（undefined behavior）的通常做法。在实际编程中，通常建议避免整数溢出，并在可能的情况下进行显式的错误检查和处理。
通过这段代码，我们可以确保 my_atoi 函数在转换过程中不会返回超出 int 范围的值，而是返回该类型的最大值或最小值，这符合 C 语言标准库函数 atoi 的行为。
2.3 atof的模拟实现
#include <math.h> // 引入数学函数
double my_atof(const char *str) {
double sign = 1.0;
double result = 0.0;
double fraction = 0.1;
int exponent = 0;
int exponent_sign = 1;
// 跳过空白字符
while (isspace(*str)) {
str++;
}
// 检查符号
if (*str == '-') {
sign = -1.0;
str++;
} else if (*str == '+') {
str++;
}
// 转换整数部分
while (isdigit(*str)) {
result = result * 10.0 + (*str - '0');
str++;
}
// 检查小数点
if (*str == '.') {
str++;
// 转换小数部分
while (isdigit(*str)) {
result += (*str - '0') * fraction;
fraction *= 0.1;
str++;
}
}
// 检查指数部分
if ((*str == 'e') || (*str == 'E')) {
str++;
// 检查指数符号
if (*str == '-') {
exponent_sign = -1;
str++;
} else if (*str == '+') {
str++;
}
// 转换指数值
while (isdigit(*str)) {
exponent = exponent * 10 + (*str - '0');
str++;
}
}
// 应用指数
result *= pow(10.0, exponent_sign * exponent);
return sign * result;
}在 my_atof 函数的模拟实现中，这些变量扮演着重要的角色来执行浮点数转换。下面是每个变量的意义：
-
double sign = 1.0;sign变量用来存储浮点数的符号。如果字符串表示的数是正数，则sign保持为 1.0；如果是负数，则将其设置为 -1.0。在转换的最后阶段，result会乘以sign来得到最终的带符号结果。 -
double result = 0.0;result变量用来存储转换过程中的累积结果。它初始化为 0.0，并在遍历字符串时根据每个字符的值进行更新。 -
double fraction = 0.1;fraction变量用于在转换小数部分时逐步减小小数位的权重。它初始化为 0.1，表示小数点后第一位的权重。每次迭代处理一个新的数字字符时，fraction会乘以 0.1，以便在后续迭代中处理更小的小数位。 -
int exponent = 0;exponent变量用于存储科学计数法中的指数值。如果字符串中包含 'e' 或 'E' 后跟的数字，这些数字将表示指数的值，并存储在exponent中。 -
int exponent_sign = 1;exponent_sign变量用于存储指数的符号。如果指数是正的，则exponent_sign保持为 1；如果是负的，则将其设置为 -1。这将在应用指数时用来确定是将结果乘以 10 的正数次幂还是负数次幂。
在 my_atof 函数的执行过程中，这些变量根据字符串中的字符进行更新，并最终组合起来以计算最终的浮点数值。注意，my_atof 函数的实现中还有一些逻辑来处理整数部分、小数点和小数部分，以及指数的解析和应用。这些变量在这些步骤中扮演着关键的角色。
三. 完结散花
好了，这期的分享到这里就结束了~
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如果期待博主下期内容的话，可以点点关注，避免找不到我了呢~
我们下期不见不散~~
