C言語で文字列を数値に：atoi、strtol、そして数値を文字列にする方法

テキストはユーザー、ファイル、コマンドラインから文字として届きます。"42" は3バイト - '4'、'2'、'\0' - であり、変換するまでその中に数の 42 はありません。Cには2世代の変換関数があります。短くて古い、エラーを報告できないものと、長くて報告できるものです。このページは両方を示し、実際のプログラムが後者を使う理由を説明します。

古い一族：atoi、atol、atof

名前のとおりに読めます。ASCII から int へ、long へ、double へ。引数1つ、結果1つです。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    printf("%d\n", atoi("42"));
    printf("%d\n", atoi("  -17 trailing junk"));
    printf("%f\n", atof("3.14"));
    return 0;
}

先頭の空白は飛ばされ、任意の符号が読まれ、数字が消費され、その後のすべては無視されます。入力が不正になるまでは便利です。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    printf("atoi(\"0\")     = %d\n", atoi("0"));
    printf("atoi(\"hello\") = %d\n", atoi("hello"));
    printf("atoi(\"\")      = %d\n", atoi(""));
    return 0;
}

3つとも 0 を表示します。戻りコードもフラグもなく、「うまくいったか？」と尋ねる手段もありません - そして int をあふれさせる値は報告されるエラーではなく未定義動作です。おもちゃのプログラムの中にハードコードしたリテラルなら我慢できます。人やファイルが与えうるものに対しては、静かなバグの製造機です。

正しい道具：strtol

strtol（string to long）は同じ変換に、何が起きたかを報告する2つの経路を備えたものです。

long strtol(const char *text, char **endptr, int base);

endptr には関数が消費しなかった最初の文字が設定されます。base は基数で、10 を使うか、リテラル自身の接頭辞に判断させるなら 0 を使います（16進なら 0x、8進なら先頭の 0）。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    const char *input = "42 apples";
    char *end;

    long value = strtol(input, &end, 10);

    printf("value = %ld\n", value);
    printf("止まった位置: \"%s\"\n", end);
    printf("%td 文字を消費しました\n", end - input);
    return 0;
}

endptr を読むことで atoi には答えられない問いに答えられます。

• end == input は何も変換されなかったという意味です - テキストが数で始まっていませんでした。
• *end != '\0' は後ろに内容が残っていたという意味です。それがエラーかどうかはあなたの判断です。"42 apples" を解析しているなら問題ありませんし、その行全体が数であるべきだったなら問題です。

オーバーフローは別途 errno を通じて報告されます。完全で正しい書き方は、一度書いて使い回す価値があります。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <limits.h>

/* 成功なら 1、あらゆる失敗で 0 を返す */
int parse_int(const char *text, int *out) {
    char *end;
    errno = 0;

    long value = strtol(text, &end, 10);

    if (end == text) {
        return 0;                 /* 数字がまったくない */
    }
    if (*end != '\0') {
        return 0;                 /* 後ろにゴミが残っている */
    }
    if (errno == ERANGE || value < INT_MIN || value > INT_MAX) {
        return 0;                 /* int の範囲外 */
    }

    *out = (int)value;
    return 1;
}

int main(void) {
    const char *tests[] = {"42", "-7", "hello", "", "9999999999", "12abc"};
    int n = (int)(sizeof tests / sizeof tests[0]);

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        int value;
        if (parse_int(tests[i], &value)) {
            printf("\"%s\" -> %d\n", tests[i], value);
        } else {
            printf("\"%s\" -> 拒否\n", tests[i]);
        }
    }
    return 0;
}

3つの細部がこれを正しくしています。呼び出し前の errno = 0 が重要なのは、ライブラリは errno を設定するだけで決してクリアしないからです。以前の呼び出しの古い値が、今回の失敗として読まれてしまいます。strtol は long を返し、それは int より広いかもしれないので、INT_MIN／INT_MAX に対する範囲検査は ERANGE とは別に必要です。そして成功をステータスとして返し、値はポインタ経由で渡すのが、Cの関数が「値か失敗のどちらか」を報告する方法です - 戻り値は両方の役目を果たせないのです。

strtoul は符号なしの対応物で、strtoll／strtoull は long long を扱います。

その他の基数

基数 16 は16進を読み、基数 0 は接頭辞を調べて自分で判断します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    char *end;

    printf("%ld\n", strtol("ff", &end, 16));      /* 255 */
    printf("%ld\n", strtol("0x1A", &end, 0));     /* 26、接頭辞を検出 */
    printf("%ld\n", strtol("1011", &end, 2));     /* 11、2進 */
    printf("%ld\n", strtol("755", &end, 8));      /* 493、8進 */
    return 0;
}

基数 0 はある特定の場合に罠になります。"012" のようなゼロ詰めの十進が8進として読まれ、10 として出てくるのです。入力が十進なら明示的に 10 と書きましょう。

浮動小数点：strtod

strtod は double に対する同じ形で、atof は atoi と同じ欠点を持っています。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

int main(void) {
    const char *text = "3.14159 rest";
    char *end;
    errno = 0;

    double value = strtod(text, &end);

    if (end == text) {
        printf("数ではありません\n");
    } else if (errno == ERANGE) {
        printf("範囲外です\n");
    } else {
        printf("value = %f, 止まった位置 \"%s\"\n", value, end);
    }
    return 0;
}

strtod は科学表記（"1.5e3"）、16進の浮動小数点、そして "inf" や "nan" という語も受け付けます。小数点の区切り文字はロケールの影響を受けるので、他所で書かれたファイルを解析する人を驚かせます - 既定の "C" ロケールでは区切り文字は常にドットです。

数値からテキストへ：snprintf

逆方向には snprintf が標準の答えです。渡したサイズを超えて書くことはなく、必ず終端し、完全な結果に必要だった長さを返します。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char buf[32];
    int n = 4095;

    int written = snprintf(buf, sizeof buf, "%d", n);
    printf("テキスト: \"%s\" (%d 文字必要)\n", buf, written);

    snprintf(buf, sizeof buf, "%05d", n);
    printf("ゼロ詰め: %s\n", buf);

    snprintf(buf, sizeof buf, "%x / %o / %.2f", n, n, n / 1000.0);
    printf("混在:     %s\n", buf);
    return 0;
}

戻り値が切り詰めの検査になります。バッファサイズ以上なら、テキストは収まりませんでした。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char small[8];

    int needed = snprintf(small, sizeof small, "value=%d", 1234567);

    if (needed < 0) {
        printf("エンコードエラー\n");
    } else if ((size_t)needed >= sizeof small) {
        printf("切り詰められました: \"%s\" (%d バイト必要)\n", small, needed + 1);
    } else {
        printf("ok: %s\n", small);
    }
    return 0;
}

手を出すべきでないものが2つ。itoa は標準Cの一部ではないので、それを使うコードはどこでもコンパイルできるわけではありません。そして sprintf はサイズ制限のない snprintf であり、文句も言わずバッファの末尾を越えて書き込みます。

1文字と '0'

数字の文字 '0' から '9' は連続していることが保証されているので、単なる引き算で数字の文字とその値を相互に変換できます。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main(void) {
    char c = '7';
    int digit = c - '0';
    printf("文字 '%c' -> 整数 %d\n", c, digit);

    int value = 3;
    char back = (char)(value + '0');
    printf("整数 %d -> 文字 '%c'\n", value, back);
    return 0;
}

このように振る舞うのは数字だけです - 英字は連続していることを要求されていないので、c - 'a' はアルファベットの計算に対して可搬ではありません。信用する前に isdigit で引き算を守りましょう。

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main(void) {
    char text[] = "a1b2c3";
    int sum = 0;

    for (int i = 0; text[i] != '\0'; i++) {
        if (isdigit((unsigned char)text[i])) {
            sum += text[i] - '0';
        }
    }

    printf("数字の合計は %d\n", sum);
    return 0;
}

unsigned char へのキャストが必要な理由は文字列と同じです。<ctype.h> の関数は負の引数に対して未定義であり、素の char は符号付きでありうるからです。

どの関数を使うか

• ユーザー、ファイル、argv からのテキスト → 完全な検査を伴う strtol ／ strtod。
• 自分で書いて管理しているリテラル → atoi でも許容範囲です（特筆すべきことはありませんが）。
• 数値をバッファへ → snprintf、そして戻り値を確認すること。
• 1文字の数字 → isdigit のあとで '0' を引く。
• 決して使わない → gets、sprintf、itoa。