C 语言字符串转 int：atoi、strtol 与数字转字符串

来自用户、文件和命令行的文本都是字符。"42" 是三个字节：'4'、'2'、'\0'，在你转换之前，它里面没有任何东西是数字 42。C 提供了两代转换函数：短小、老旧、无法报告错误的一代，以及更长但能报告错误的一代。本页介绍这两者，并解释为什么实际的程序都用第二组。

老一代：atoi、atol、atof

它们的名字就说明了用途：ASCII 转 int、转 long、转 double。一个参数，一个结果。

#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;
}

开头的空白会被跳过，读取可选的正负号，接着读取数字，之后的内容全部忽略。这很方便，直到输入出错：

#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;
}

三行都打印 0。没有返回码，没有标志，没有办法问一句“转换成功了吗？”，而且超出 int 范围的值是未定义行为，不会报告错误。在玩具程序里转换自己写死的字面量，这还能忍。但对于任何由人或文件提供的内容，它就是一台悄无声息的 bug 制造机。

正确的工具：strtol

strtol（string to long）做的是同样的转换，但多了两个报告结果的渠道。

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

endptr 会被设为函数没有读取的第一个字符。base 是进制：用 10，或者用 0 让字面量自己的前缀决定（0x 表示十六进制，以 0 开头表示八进制）。

#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("stopped at: \"%s\"\n", end);
    printf("consumed %td characters\n", end - input);
    return 0;
}

读取 endptr 能回答 atoi 回答不了的问题：

• end == input 表示什么都没转换：文本不是以数字开头的。
• *end != '\0' 表示后面还有内容。这算不算错误由你决定：解析 "42 apples" 时没问题，但如果整行都应该是一个数字，那就有问题了。

溢出通过 errno 单独报告。完整、正确的写法值得写一次然后反复使用：

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

/* returns 1 on success, 0 on any kind of failure */
int parse_int(const char *text, int *out) {
    char *end;
    errno = 0;

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

    if (end == text) {
        return 0;                 /* no digits at all */
    }
    if (*end != '\0') {
        return 0;                 /* trailing junk */
    }
    if (errno == ERANGE || value < INT_MIN || value > INT_MAX) {
        return 0;                 /* out of range for an int */
    }

    *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\" -> rejected\n", tests[i]);
        }
    }
    return 0;
}

有三个细节保证了它的正确性。调用前的 errno = 0 很重要，因为库函数只会设置 errno，从不清除它，之前某次调用留下的旧值会被误认为是这次调用的失败。strtol 返回 long，它可能比 int 更宽，所以针对 INT_MIN/INT_MAX 的范围检查要和 ERANGE 分开。最后，用返回值表示是否成功、通过指针传出结果，是 C 函数表达“要么得到一个值，要么失败”的方式，因为返回值无法同时承担两项工作。

strtoul 是对应的无符号版本，strtoll/strtoull 用于 long long。

其他进制

进制 16 读取十六进制；进制 0 会检查前缀并自行决定。想知道一个字符串在另一种进制下表示什么，可以把它粘贴到进制转换器里。

#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, prefix detected */
    printf("%ld\n", strtol("1011", &end, 2));     /* 11, binary */
    printf("%ld\n", strtol("755", &end, 8));      /* 493, octal */
    return 0;
}

进制 0 在一种特定情况下是个陷阱：像 "012" 这样补零的十进制数会被当作八进制读取，结果是 10。如果输入是十进制，就明确写 10。

浮点数：strtod

strtod 是针对 double 的同一种用法，而 atof 和 atoi 有同样的缺陷。

#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("not a number\n");
    } else if (errno == ERANGE) {
        printf("out of range\n");
    } else {
        printf("value = %f, stopped at \"%s\"\n", value, end);
    }
    return 0;
}

strtod 还接受科学计数法（"1.5e3"）、十六进制浮点数，以及 "inf" 和 "nan" 这样的单词。区域设置会影响小数分隔符，解析在别处生成的文件时，这一点常让人意外。在默认的 "C" 区域设置下，分隔符始终是点。

数字转文本：snprintf

反过来转换时，标准答案是 snprintf。它最多写入你指定的大小，始终以 '\0' 结尾，并返回完整结果所需的长度。

#include <stdio.h>

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

    int written = snprintf(buf, sizeof buf, "%d", n);
    printf("text: \"%s\" (needed %d chars)\n", buf, written);

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

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

返回值就是检查截断的依据。如果它大于或等于缓冲区大小，说明文本没有放下：

#include <stdio.h>

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

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

    if (needed < 0) {
        printf("encoding error\n");
    } else if ((size_t)needed >= sizeof small) {
        printf("truncated: \"%s\" (needed %d bytes)\n", small, needed + 1);
    } else {
        printf("ok: %s\n", small);
    }
    return 0;
}

有两样东西不要用：itoa 不属于标准 C，用了它的代码不是到处都能编译；sprintf 就是没有大小限制的 snprintf，它会毫无提示地写过缓冲区的末尾。

单个字符与 '0'

数字字符 '0' 到 '9' 保证是连续的，所以直接相减就能在数字字符和它的值之间转换。

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

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

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

只有数字是这样的。字母并不保证连续，所以用 c - 'a' 做字母运算是不可移植的。相信这个减法结果之前，先用 isdigit 判断：

#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("digits sum to %d\n", sum);
    return 0;
}

转换成 unsigned char 是必需的，原因和字符串一页中讲的一样：<ctype.h> 中的函数对负数参数是未定义的，而普通 char 可能是有符号的。

该用哪个函数

• 来自用户、文件或 argv 的文本 → 用 strtol / strtod，并做完整检查。
• 你自己写的、完全可控的字面量 → 用 atoi 也可以，虽然不出彩。
• 把数字写入缓冲区 → 用 snprintf，并检查返回值。
• 单个数字字符 → 先 isdigit，再减去 '0'。
• 永远不要用 → gets、sprintf、itoa。