35 C 語言字符串轉數值函數詳解：strtof、strtod、strtold（含 errno 處理、ERANGE 錯誤）

1 strtof() 函數

1.1 函數原型

#include <stdlib.h> // 必須包含這個頭文件才能使用 strtof()
#include <errno.h>  // 包含 errno 和 ERANGE
#include <float.h>  // 包含 FlOAT_MAX 和 FLOAT_MIN
#include <math.h>   // 包含 HUGE_VALF(inf)float strtof(const char *nptr, char **endptr);

1.2 功能說明

????????strtof() 函數用于將字符串轉換為單精度浮點數（float）。與 atof() 等函數相比，strtof() 提供了更靈活、安全的轉換機制，支持完善的錯誤檢查和轉換結束位置定位。

  • 參數：
    • nptr：指向待轉換的字符串（以空字符 \0 結尾）。
    • endptr：用于存儲轉換結束位置的指針。如果不需要使用該信息，可以將其設置為 NULL。
  • 返回值：
    • 成功轉換：返回對應的 float 值。
    • 無效輸入：若未執行任何轉換，返回 0.0f。
    • 溢出情況：若轉換結果超出 float 的表示范圍：
      • 正溢出：返回 HUGE_VALF（表示正無窮大，inf），并設置 errno 為 ERANGE。
      • 負溢出：返回 -HUGE_VALF（表示負無窮大，-inf），并設置 errno 為 ERANGE。
    • 下溢情況：若轉換結果絕對值過小（小于 FLT_MIN），返回 0.0f，并設置 errno 為 ERANGE（但某些實現可能不會設置 errno，具體行為取決于實現）。

錯誤處理與范圍檢查相關概念：

  1. errno
    • 含義：errno 是一個全局變量（類型為 int，定義在 <errno.h> 頭文件中），用于存儲最近一次函數調用產生的錯誤代碼。
    • 作用：當 strtof() 等函數檢測到錯誤（如數值溢出或下溢）時，會將 errno 設置為特定的錯誤碼（如 ERANGE），以指示錯誤類型。
    • 使用建議：在調用 strtof() 之前，應清除 errno（例如，通過 errno = 0），以便在轉換后能夠正確檢測到是否發生了錯誤。
  2. ERANGE
    • 含義：RANGE 是一個宏常量（通常值為 34，定義在 <errno.h> 頭文件中），表示 “結果超出范圍”（Range Error）。
    • 使用場景：當 strtof() 檢測到輸入的字符串表示的數值超出 float 的表示范圍（過大或過小）時，會將 errno 設置為 ERANGE，表明發生了溢出或下溢錯誤。
  3. HUGE_VALF
    • 含義：HUGE_VALF 是一個宏常量（定義在 <math.h> 頭文件中），表示正無窮大（inf）的 float 值。
    • 使用場景：當 strtof() 發生正溢出時，返回 HUGE_VALF（inf）。
  4. FLT_MAX 和 FLT_MIN
    • 含義：FLT_MAX 和 FLT_MIN 是宏定義（定義在 <float.h> 頭文件中），分別表示 float 類型的最大值和最小正規范化值。
    • 使用場景：
      • 若輸入字符串表示的數值超過 FLT_MAX，strtof() 會返回 HUGE_VALF（inf）并設置 errno 為 ERANGE。
      • 若輸入字符串表示的數值絕對值小于 FLT_MIN，strtof() 會返回 0.0f 并可能設置 errno 為 ERANGE（取決于實現）。

1.3 轉換規則

  1. 忽略前導空格：在解析字符串時，自動跳過字符串開頭處的所有空白字符，包括空格（' '）、制表符（'\t'）、換行符（'\n'）等。
  2. 識別正負號：支持在數字前添加可選的符號字符：
    1. '+' 表示最終數值為正數。
    2. '-' 表示最終數值為負數。
    3. 若未指定符號，默認數值為正數。
  3. 讀取數字：解析字符串中的數字部分，支持以下格式：
    1. 整數部分（如 "123"）。
    2. 小數部分（如 ".123" 或 "123.456"）。
    3. 指數部分（如 "1.23e4" 或 "1.23E-4"）。
  4. 停止轉換：遇到第一個不符合浮點數規則的字符時停止解析，后續字符將被忽略。
  5. 返回結果：將解析的數字轉換為 float?類型返回。
  6. 錯誤處理：
    1. 完全成功轉換：
      1. endptr 指向字符串末尾的空字符 '\0'，可通過 if (*endptr == '\0') 驗證。
      2. 示例："3.1415926", NULL → 返回 3.141593。
    2. 部分成功轉換：
      1. endptr 指向第一個非數字字符，可通過 if (*endptr != '\0') 驗證。
      2. 示例："3.14abc", NULL → 返回 3.14，endptr 指向 'a'。
    3. 無效輸入：
      1. endptr 指向原始字符串起始地址，可通過 if (endptr == str) 驗證（str 為原始字符串指針）。
      2. 示例："HelloWorld", NULL → 返回 0.0f，endptr 指向 'H'。
    4. 溢出處理：需結合 errno 和 endptr 進行判斷。
      1. 正溢出：
        1. 返回 HUGE_VALF（表示正無窮大，inf），并設置 errno 為 ERANGE。
        2. 示例："1e50", NULL → 返回 HUGE_VALF。
      2. 負溢出：
        1. 返回 -HUGE_VALF（表示負無窮大，-inf），并設置 errno 為 ERANGE。
        2. 示例："-1e50", NULL → 返回 -HUGE_VALF。
      3. 下溢：
        1. 返回 0.0f，并可能設置 errno 為 ERANGE（具體行為取決于實現）。
        2. 示例："1e-50", NULL → 返回 0.0f。

????????轉換示例：

輸入字符串endptr 參數返回值說明
"3.1415926"NULL3.141593f完全成功轉換
"-2.71828"NULL-2.718280f完全成功轉換（負數）
"? ? +123.456"NULL123.456000f忽略前導空格
"3.14abc"NULL3.140000f部分成功轉換，endptr 指向 'a'
"HelloWorld"NULL0.000000f無效輸入，endptr 指向 'H'
"1.23e4"NULL12300.000000f科學計數法轉換
"1e50"NULLHUGE_VALF（inf）正溢出
"-1e50"NULL-HUGE_VALF（-inf）負溢出
"1e-50"NULL0.000000f下溢

1.4 注意事項

  1. 錯誤檢測：
    1. 方法：通過檢查 endptr 是否等于原始字符串的起始地址（str）來判斷轉換是否完全失敗。
    2. 細節：
      1. 若 endptr == str：表示未解析出任何有效數字（如輸入為 "HelloWorld"）。
      2. 若 *endptr != '\0'：表示部分成功轉換如輸入為 "123.45abc"，endptr 指向 'a'）。
      3. 若 *endptr == '\0'：表示完全成功轉換（如輸入為 "123.45"）。
  2. 溢出處理：
    1. 條件：當輸入的數值超出 float 的表示范圍時，strtof() 會設置 errno 為 ERANGE。
    2. 行為：
      1. 正溢出：返回 HUGE_VALF（inf）。
      2. 負溢出：返回 -HUGE_VALF（-inf）。
    3. 建議：在調用 strtof() 前，應清除 errno（如 errno = 0），以便后續檢測。
  3. 科學計數法支持：strtof() 支持科學計數法（如 "1.23e4" 或 "1.23E-4"），這是 atof() 等函數不具備的特性。
  4. 推薦使用：相比 atof()，strtof() 更安全，支持錯誤檢查和更靈活的浮點數格式解析。

1.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // 必須包含這個頭文件才能使用 strtof()
#include <errno.h>  // 包含 errno 和 ERANGE
#include <float.h>  // 包含 FlOAT_MAX 和 FLOAT_MIN
#include <math.h>   // 包含 HUGE_VALFint main()
{char *endptr; // 用于存儲轉換結束的位置float result; // 用于存儲轉換結果// 示例 1：基本轉換result = strtof("3.1415926", &endptr);printf("轉換結果1: %f, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果1: 3.141593, 結束位置: (null)// 示例 2：帶符號的數字result = strtof("-2.71828", &endptr);printf("轉換結果2: %f, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果2: -2.718280, 結束位置: (null)// 示例 3：帶前導空格和符號result = strtof("    +123.456", &endptr);printf("轉換結果3: %f, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果3: 123.456000, 結束位置: (null)// 示例 4：部分有效的數字result = strtof("3.14abc", &endptr);printf("轉換結果4: %f, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果4: 3.140000, 結束位置: abc// 示例 5：無效輸入result = strtof("HelloWorld", &endptr);printf("轉換結果5: %f, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果5: 0.000000, 結束位置: HelloWorld// 示例 6：科學計數法result = strtof("1.23e4", &endptr);printf("轉換結果6: %f, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果6: 12300.000000, 結束位置: (null)// 示例 7：正溢出檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtof("1e50", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);             // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  HUGE_VALF: %f\n", HUGE_VALF);                           // 輸出: HUGE_VALF: infprintf("  FLOAT_MAX: %e, FLOAT_MIN: %e\n", FLT_MAX, FLT_MIN);     // 輸出: FLOAT_MAX: 3.402823e+38, FLOAT_MIN: 1.175494e-38printf("轉換結果7: 超出范圍，返回 HUGE_VALF(inf): %f\n", result); // 輸出: 轉換結果7: 超出范圍，返回 HUGE_VALF(inf): inf}else{printf("轉換結果7: %f\n", result);}// 示例 8：負溢出檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtof("-1e50", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);               // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  -HUGE_VALF: %f\n", -HUGE_VALF);                           // 輸出: -HUGE_VALF: -infprintf("  FLOAT_MAX: %e, FLOAT_MIN: %e\n", FLT_MAX, FLT_MIN);       // 輸出: FLOAT_MAX: 3.402823e+38, FLOAT_MIN: 1.175494e-38printf("轉換結果8: 超出范圍，返回 -HUGE_VALF(-inf): %f\n", result); // 輸出: 轉換結果8: 超出范圍，返回 -HUGE_VALF(-inf): -inf}else{printf("轉換結果8: %f\n", result);}// 示例 9：下溢檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtof("1e-50", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);                             // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  HUGE_VALF: %f, -HUGE_VALF: %f\n", HUGE_VALF, -HUGE_VALF);               // 輸出: HUGE_VALF: inf, -HUGE_VALF: -infprintf("  FLOAT_MAX: %e, FLOAT_MIN: %e\n", FLT_MAX, FLT_MIN);                     // 輸出: FLOAT_MAX: 3.402823e+38, FLOAT_MIN: 1.175494e-38printf("轉換結果9: 字符串表示的數值絕對值小于 FLT_MIN，返回 0.0f: %f\n", result); // 輸出: 轉換結果9: 字符串表示的數值絕對值小于 FLT_MIN，返回 0.0f: 0.000000}else{printf("轉換結果9: %f\n", result);}// 示例 10：檢查轉換是否完全成功result = strtof("123.456abc", &endptr);if (*endptr != '\0'){printf("轉換結果10: %f, 但字符串未完全轉換\n", result); // 輸出: 轉換結果10: 123.456000, 但字符串未完全轉換}else{printf("轉換結果10: %f\n", result);}return 0;
}

????????程序在 VS Code 中的運行結果如下所示：

2 strtod() 函數

2.1 函數原型

#include <stdlib.h> // 必須包含這個頭文件才能使用 strtod()
#include <errno.h>  // 包含 errno 和 ERANGE
#include <float.h>  // 包含 DBL_MAX 和 DBL_MIN
#include <math.h>   // 包含 HUGE_VALdouble strtod(const char *nptr, char **endptr);

2.2 功能說明

????????strtod() 函數用于將字符串轉換為雙精度浮點數（double）。與 atof() 等函數相比，strtod() 提供了更靈活、安全的轉換機制，支持完善的錯誤檢查和轉換結束位置定位。

  • 參數：
    • nptr：指向待轉換的字符串（以空字符 \0 結尾）。
    • endptr：用于存儲轉換結束位置的指針。如果不需要使用該信息，可以將其設置為 NULL。
  • 返回值：
    • 成功轉換：返回對應的 double?值。
    • 無效輸入：若未執行任何轉換，返回 0.0。
    • 溢出情況：若轉換結果超出 double?的表示范圍：
      • 正溢出：返回 HUGE_VAL（表示正無窮大，inf），并設置 errno 為 ERANGE。
      • 負溢出：返回 -HUGE_VAL（表示負無窮大，-inf），并設置 errno 為 ERANGE。
    • 下溢情況：若轉換結果絕對值過小（小于 DBL_MIN），返回 0.0，并設置 errno 為 ERANGE（但某些實現可能不會設置 errno，具體行為取決于實現）。

錯誤處理與范圍檢查相關概念：

  1. errno
    • 含義：errno 是一個全局變量（類型為 int，定義在 <errno.h> 頭文件中），用于存儲最近一次函數調用產生的錯誤代碼。
    • 作用：當 strtod() 等函數檢測到錯誤（如數值溢出或下溢）時，會將 errno 設置為特定的錯誤碼（如 ERANGE），以指示錯誤類型。
    • 使用建議：在調用 strtod() 之前，應清除 errno（例如，通過 errno = 0），以便在轉換后能夠正確檢測到是否發生了錯誤。
  2. ERANGE
    • 含義：RANGE 是一個宏常量（通常值為 34，定義在 <errno.h> 頭文件中），表示 “結果超出范圍”（Range Error）。
    • 使用場景：當 strtod() 檢測到輸入的字符串表示的數值超出 double 的表示范圍（過大或過小）時，會將 errno 設置為 ERANGE，表明發生了溢出或下溢錯誤。
  3. HUGE_VAL
    • 含義：HUGE_VAL?是一個宏常量（定義在 <math.h> 頭文件中），表示正無窮大（inf）的 double?值。
    • 使用場景：當 strtod() 發生正溢出時，返回 HUGE_VAL（inf）。
  4. DBL_MAX 和 DBL_MIN
    • 含義：DBL_MAX 和 DBL_MIN 是宏定義（定義在 <float.h> 頭文件中），分別表示 double 類型的最大值和最小正規范化值。
    • 使用場景：
      • 若輸入字符串表示的數值超過 DBL_MAX，strtod() 會返回 HUGE_VAL（inf）并設置 errno 為 ERANGE。
      • 若輸入字符串表示的數值絕對值小于 DBL_MIN，strtod() 會返回 0.0 并可能設置 errno 為 ERANGE（取決于實現）。

2.3 轉換規則

  1. 忽略前導空格：在解析字符串時，自動跳過字符串開頭處的所有空白字符，包括空格（' '）、制表符（'\t'）、換行符（'\n'）等。
  2. 識別正負號：支持在數字前添加可選的符號字符：
    1. '+' 表示最終數值為正數。
    2. '-' 表示最終數值為負數。
    3. 若未指定符號，默認數值為正數。
  3. 讀取數字：解析字符串中的數字部分，支持以下格式：
    1. 整數部分（如 "123"）。
    2. 小數部分（如 ".123" 或 "123.456"）。
    3. 指數部分（如 "1.23e4" 或 "1.23E-4"）。
  4. 停止轉換：遇到第一個不符合浮點數規則的字符時停止解析，后續字符將被忽略。
  5. 返回結果：將解析的數字轉換為 double?類型返回。
  6. 錯誤處理：
    1. 完全成功轉換：
      1. endptr 指向字符串末尾的空字符 '\0'，可通過 if (*endptr == '\0') 驗證。
      2. 示例："3.1415926", NULL → 返回 3.141593。
    2. 部分成功轉換：
      1. endptr 指向第一個非數字字符，可通過 if (*endptr != '\0') 驗證。
      2. 示例："3.14abc", NULL → 返回 3.14，endptr 指向 'a'。
    3. 無效輸入：
      1. endptr 指向原始字符串起始地址，可通過 if (endptr == str) 驗證（str 為原始字符串指針）。
      2. 示例："HelloWorld", NULL → 返回 0.0f，endptr 指向 'H'。
    4. 溢出處理：需結合 errno 和 endptr 進行判斷。
      1. 正溢出：
        1. 返回 HUGE_VAL（表示正無窮大，inf），并設置 errno 為 ERANGE。
        2. 示例："1e500", NULL → 返回 HUGE_VAL。
      2. 負溢出：
        1. 返回 -HUGE_VAL（表示負無窮大，-inf），并設置 errno 為 ERANGE。
        2. 示例："-1e500", NULL → 返回 -HUGE_VAL。
      3. 下溢：
        1. 返回 0.0，并可能設置 errno 為 ERANGE（具體行為取決于實現）。
        2. 示例："1e-500", NULL → 返回 0.0。

????????轉換示例：

輸入字符串endptr 參數返回值說明
"3.1415926"NULL3.141593完全成功轉換
"-2.71828"NULL-2.718280完全成功轉換（負數）
"? ? +123.456"NULL123.456000忽略前導空格
"3.14abc"NULL3.140000部分成功轉換，endptr 指向 'a'
"HelloWorld"NULL0.000000無效輸入，endptr 指向 'H'
"1.23e4"NULL12300.000000科學計數法轉換
"1e500"NULLHUGE_VAL（inf）正溢出
"-1e500"NULL-HUGE_VAL（-inf）負溢出
"1e-500"NULL0.000000下溢

2.4 注意事項

  1. 錯誤檢測：
    1. 方法：通過檢查 endptr 是否等于原始字符串的起始地址（str）來判斷轉換是否完全失敗。
    2. 細節：
      1. 若 endptr == str：表示未解析出任何有效數字（如輸入為 "HelloWorld"）。
      2. 若 *endptr != '\0'：表示部分成功轉換如輸入為 "123.45abc"，endptr 指向 'a'）。
      3. 若 *endptr == '\0'：表示完全成功轉換（如輸入為 "123.45"）。
  2. 溢出處理：
    1. 條件：當輸入的數值超出 double?的表示范圍時，strtod() 會設置 errno 為 ERANGE。
    2. 行為：
      1. 正溢出：返回 HUGE_VAL（inf）。
      2. 負溢出：返回 -HUGE_VAL（-inf）。
    3. 建議：在調用 strtod() 前，應清除 errno（如 errno = 0），以便后續檢測。
  3. 科學計數法支持：strtod() 支持科學計數法（如 "1.23e4" 或 "1.23E-4"），這是 atof() 等函數不具備的特性。
  4. 推薦使用：相比 atof()，strtod() 更安全，支持錯誤檢查和更靈活的浮點數格式解析。

2.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // 必須包含這個頭文件才能使用 strtod()
#include <errno.h>  // 包含 errno 和 ERANGE
#include <float.h>  // 包含 DBL_MAX 和 DBL_MIN
#include <math.h>   // 包含 HUGE_VALint main()
{char *endptr;  // 用于存儲轉換結束的位置double result; // 用于存儲轉換結果（改為 double 類型）// 示例 1：基本轉換result = strtod("3.1415926", &endptr);printf("轉換結果1: %lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果1: 3.141593, 結束位置: (null)// 示例 2：帶符號的數字result = strtod("-2.71828", &endptr);printf("轉換結果2: %lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果2: -2.718280, 結束位置: (null)// 示例 3：帶前導空格和符號result = strtod("    +123.456", &endptr);printf("轉換結果3: %lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果3: 123.456001, 結束位置: (null)// 示例 4：部分有效的數字result = strtod("3.14abc", &endptr);printf("轉換結果4: %lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果4: 3.140000, 結束位置: abc// 示例 5：無效輸入result = strtod("HelloWorld", &endptr);printf("轉換結果5: %lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果5: 0.000000, 結束位置: HelloWorld// 示例 6：科學計數法result = strtod("1.23e4", &endptr);printf("轉換結果6: %lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果6: 12300.000000, 結束位置: (null)// 示例 7：正溢出檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtod("1e500", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);             // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  HUGE_VAL: %lf\n", HUGE_VAL);                            // 輸出: HUGE_VAL: infprintf("  DBL_MAX: %e, DBL_MIN: %e\n", DBL_MAX, DBL_MIN);         // 輸出: DBL_MAX: 1.797693e+308, DBL_MIN: 2.225074e-308printf("轉換結果7: 超出范圍，返回 HUGE_VAL(inf): %lf\n", result); // 輸出: 轉換結果7: 超出范圍，返回 HUGE_VAL(inf): inf}else{printf("轉換結果7: %lf\n", result);}// 示例 8：負溢出檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtod("-1e500", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);               // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  -HUGE_VAL: %lf\n", -HUGE_VAL);                            // 輸出: -HUGE_VAL: -infprintf("  DBL_MAX: %e, DBL_MIN: %e\n", DBL_MAX, DBL_MIN);           // 輸出: DBL_MAX: 1.797693e+308, DBL_MIN: 2.225074e-308printf("轉換結果8: 超出范圍，返回 -HUGE_VAL(-inf): %lf\n", result); // 輸出: 轉換結果8: 超出范圍，返回 -HUGE_VAL(-inf): -inf}else{printf("轉換結果8: %lf\n", result);}// 示例 9：下溢檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtod("1e-500", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);                            // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  HUGE_VALF: %f, -HUGE_VALF: %f\n", HUGE_VALF, -HUGE_VALF);              // 輸出: HUGE_VALF: inf, -HUGE_VALF: -infprintf("  DBL_MAX: %e, DBL_MIN: %e\n", DBL_MAX, DBL_MIN);                        // 輸出: DBL_MAX: 1.797693e+308, DBL_MIN: 2.225074e-308printf("轉換結果9: 字符串表示的數值絕對值小于 DBL_MIN，返回 0.0: %f\n", result); // 輸出: 轉換結果9: 字符串表示的數值絕對值小于 DBL_MIN，返回 0.0: 0.000000}else{printf("轉換結果9: %lf\n", result);}// 示例 10：檢查轉換是否完全成功result = strtod("123.45abc", &endptr);if (*endptr != '\0'){printf("轉換結果10: %lf, 但字符串未完全轉換\n", result); // 輸出: 轉換結果10: 123.450000, 但字符串未完全轉換}else{printf("轉換結果10: %lf\n", result);}return 0;
}

????????程序在 VS Code 中的運行結果如下所示：

3 strtold() 函數

3.1 函數原型

#include <stdlib.h> // 必須包含這個頭文件才能使用 strtold()
#include <errno.h>  // 包含 errno 和 ERANGE
#include <float.h>  // 包含 LDBL_MAX 和 LDBL_MIN
#include <math.h>   // 包含 HUGE_VALLlong double strtold(const char *nptr, char **endptr);

3.2 功能說明

????????strtold() 函數用于將字符串轉換為長雙精度浮點數（long double）。與 atof() 等函數相比，strtold() 提供了更靈活、安全的轉換機制，支持完善的錯誤檢查和轉換結束位置定位。

  • 參數：
    • nptr：指向待轉換的字符串（以空字符 \0 結尾）。
    • endptr：用于存儲轉換結束位置的指針。如果不需要使用該信息，可以將其設置為 NULL。
  • 返回值：
    • 成功轉換：返回對應的 long double 值。
    • 無效輸入：若未執行任何轉換，返回 0.0L。
    • 溢出情況：若轉換結果超出 long double 的表示范圍：
      • 正溢出：返回 HUGE_VALL（表示正無窮大，inf），并設置 errno 為 ERANGE。
      • 負溢出：返回 -HUGE_VALL（表示負無窮大，-inf），并設置 errno 為 ERANGE。
    • 下溢情況：若轉換結果絕對值過小（小于 LDBL_MIN），返回 0.0L，并設置 errno 為 ERANGE（但某些實現可能不會設置 errno，具體行為取決于實現）。

錯誤處理與范圍檢查相關概念：

  1. errno
    • 含義：errno 是一個全局變量（類型為 int，定義在 <errno.h> 頭文件中），用于存儲最近一次函數調用產生的錯誤代碼。
    • 作用：當 strtold() 等函數檢測到錯誤（如數值溢出或下溢）時，會將 errno 設置為特定的錯誤碼（如 ERANGE），以指示錯誤類型。
    • 使用建議：在調用 strtold() 之前，應清除 errno（例如，通過 errno = 0），以便在轉換后能夠正確檢測到是否發生了錯誤。
  2. ERANGE
    • 含義：RANGE 是一個宏常量（通常值為 34，定義在 <errno.h> 頭文件中），表示 “結果超出范圍”（Range Error）。
    • 使用場景：當 strtold() 檢測到輸入的字符串表示的數值超出 long double 的表示范圍（過大或過小）時，會將 errno 設置為 ERANGE，表明發生了溢出或下溢錯誤。
  3. HUGE_VALL
    • 含義：HUGE_VALL 是一個宏常量（定義在 <math.h> 頭文件中），表示正無窮大（inf）的 long double 值。
    • 使用場景：當 strtold() 發生正溢出時，返回 HUGE_VALL（inf）。
  4. LDBL_MAX 和 LDBL_MIN
    • 含義：LDBL_MAX 和 LDBL_MIN 是宏定義（定義在 <float.h> 頭文件中），分別表示 long double 類型的最大值和最小正規范化值。
    • 使用場景：
      • 若輸入字符串表示的數值超過 LDBL_MAX，strtold() 會返回 HUGE_VALL（inf）并設置 errno 為 ERANGE。
      • 若輸入字符串表示的數值絕對值小于 LDBL_MIN，strtold() 會返回 0.0L 并可能設置 errno 為 ERANGE（取決于實現）。

3.3 轉換規則

  1. 忽略前導空格：在解析字符串時，自動跳過字符串開頭處的所有空白字符，包括空格（' '）、制表符（'\t'）、換行符（'\n'）等。
  2. 識別正負號：支持在數字前添加可選的符號字符：
    1. '+' 表示最終數值為正數。
    2. '-' 表示最終數值為負數。
    3. 若未指定符號，默認數值為正數。
  3. 讀取數字：解析字符串中的數字部分，支持以下格式：
    1. 整數部分（如 "123"）。
    2. 小數部分（如 ".123" 或 "123.456"）。
    3. 指數部分（如 "1.23e4" 或 "1.23E-4"）。
  4. 停止轉換：遇到第一個不符合浮點數規則的字符時停止解析，后續字符將被忽略。
  5. 返回結果：將解析的數字轉換為 long double 類型返回。
  6. 錯誤處理：
    1. 完全成功轉換：
      1. endptr 指向字符串末尾的空字符 '\0'，可通過 if (*endptr == '\0') 驗證。
      2. 示例："3.1415926535", NULL → 返回 3.141593。
    2. 部分成功轉換：
      1. endptr 指向第一個非數字字符，可通過 if (*endptr != '\0') 驗證。
      2. 示例："3.14abc", NULL → 返回 3.14，endptr 指向 'a'。
    3. 無效輸入：
      1. endptr 指向原始字符串起始地址，可通過 if (endptr == str) 驗證（str 為原始字符串指針）。
      2. 示例："HelloWorld", NULL → 返回 0.0f，endptr 指向 'H'。
    4. 溢出處理：需結合 errno 和 endptr 進行判斷。
      1. 正溢出：
        1. 返回 HUGE_VALL（表示正無窮大，inf），并設置 errno 為 ERANGE。
        2. 示例："1e5000", NULL → 返回 HUGE_VALL。
      2. 負溢出：
        1. 返回 -HUGE_VALL（表示負無窮大，-inf），并設置 errno 為 ERANGE。
        2. 示例："-1e5000", NULL → 返回 -HUGE_VALL。
      3. 下溢：
        1. 返回 0.0f，并可能設置 errno 為 ERANGE（具體行為取決于實現）。
        2. 示例："1e-5000", NULL → 返回 0.0L。

????????轉換示例：

輸入字符串endptr 參數返回值說明
"3.1415926535"NULL3.141593L完全成功轉換
"-2.718281828"NULL-2.718282L完全成功轉換（負數）
"? ? +123.456"NULL123.456000L忽略前導空格
"3.14abc"NULL3.140000L部分成功轉換，endptr 指向 'a'
"HelloWorld"NULL0.000000L無效輸入，endptr 指向 'H'
"1.23e4"NULL12300.000000L科學計數法轉換
"1e5000"NULLHUGE_VALL（inf）正溢出
"-1e5000"NULL-HUGE_VALL（-inf）負溢出
"1e-5000"NULL0.000000L下溢

3.4 注意事項

  1. 錯誤檢測：
    1. 方法：通過檢查 endptr 是否等于原始字符串的起始地址（str）來判斷轉換是否完全失敗。
    2. 細節：
      1. 若 endptr == str：表示未解析出任何有效數字（如輸入為 "HelloWorld"）。
      2. 若 *endptr != '\0'：表示部分成功轉換如輸入為 "123.45abc"，endptr 指向 'a'）。
      3. 若 *endptr == '\0'：表示完全成功轉換（如輸入為 "123.45"）。
  2. 溢出處理：
    1. 條件：當輸入的數值超出 long double 的表示范圍時，strtold() 會設置 errno 為 ERANGE。
    2. 行為：
      1. 正溢出：返回 HUGE_VALL（inf）。
      2. 負溢出：返回 -HUGE_VALL（-inf）。
    3. 建議：在調用 strtold() 前，應清除 errno（如 errno = 0），以便后續檢測。
  3. 科學計數法支持：strtold() 支持科學計數法（如 "1.23e4" 或 "1.23E-4"），這是 atof() 等函數不具備的特性。
  4. 推薦使用：相比 atof()，strtold() 更安全，支持錯誤檢查和更靈活的浮點數格式解析。

3.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // 必須包含這個頭文件才能使用 strtold()
#include <errno.h>  // 包含 errno 和 ERANGE
#include <float.h>  // 包含 LDBL_MAX 和 LDBL_MIN
#include <math.h>   // 包含 HUGE_VALLint main()
{char *endptr;       // 用于存儲轉換結束的位置long double result; // 用于存儲轉換結果（改為 long double 類型）// 示例 1：基本轉換result = strtold("3.1415926535", &endptr);printf("轉換結果1: %Lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果1: 3.141593, 結束位置: (null)// 示例 2：帶符號的數字result = strtold("-2.718281828", &endptr);printf("轉換結果2: %Lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果2: -2.718282, 結束位置: (null)// 示例 3：帶前導空格和符號result = strtold("    +123.456", &endptr);printf("轉換結果3: %Lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果3: 123.456000, 結束位置: (null)// 示例 4：部分有效的數字result = strtold("3.14abc", &endptr);printf("轉換結果4: %Lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果4: 3.140000, 結束位置: abc// 示例 5：無效輸入result = strtold("HelloWorld", &endptr);printf("轉換結果5: %Lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果5: 0.000000, 結束位置: HelloWorld// 示例 6：科學計數法result = strtold("1.23e4", &endptr);printf("轉換結果6: %Lf, 結束位置: %s\n", result, endptr); // 輸出: 轉換結果6: 12300.000000, 結束位置: (null)// 示例 7：正溢出檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtold("1e5000", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);              // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  HUGE_VALL: %Lf\n", HUGE_VALL);                           // 輸出: HUGE_VALL: infprintf("  LDBL_MAX: %Le, LDBL_MIN: %Le\n", LDBL_MAX, LDBL_MIN);    // 輸出: LDBL_MAX: 1.189731e+4932, LDBL_MIN: 3.362103e-4932printf("轉換結果7: 超出范圍，返回 HUGE_VALL(inf): %Lf\n", result); // 輸出: 轉換結果7: 超出范圍，返回 HUGE_VALL(inf): inf}else{printf("轉換結果7: %Lf\n", result);}// 示例 8：負溢出檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtold("-1e5000", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);                // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  -HUGE_VALL: %Lf\n", -HUGE_VALL);                           // 輸出: -HUGE_VALL: -infprintf("  LDBL_MAX: %Le, LDBL_MIN: %Le\n", LDBL_MAX, LDBL_MIN);      // 輸出: LDBL_MAX: 1.189731e+4932, LDBL_MIN: 3.362103e-4932printf("轉換結果8: 超出范圍，返回 -HUGE_VALL(-inf): %Lf\n", result); // 輸出: 轉換結果8: 超出范圍，返回 -HUGE_VALL(-inf): -inf}else{printf("轉換結果8: %Lf\n", result);}// 示例 9：下溢檢測errno = 0; // 重置 errno, 清除之前的錯誤result = strtold("1e-5000", &endptr);if (errno == ERANGE){printf("  errno = %d, ERANGE = %d\n", errno, ERANGE);                               // 輸出: errno = 34, ERANGE = 34printf("  HUGE_VALF: %f, -HUGE_VALF: %f\n", HUGE_VALF, -HUGE_VALF);                 // 輸出: HUGE_VALF: inf, -HUGE_VALF: -infprintf("  LDBL_MAX: %Le, LDBL_MIN: %Le\n", LDBL_MAX, LDBL_MIN);                     // 輸出: LDBL_MAX: 1.189731e+4932, LDBL_MIN: 3.362103e-4932printf("轉換結果9: 字符串表示的數值絕對值小于 LDBL_MIN，返回 0.0L: %Lf\n", result); // 輸出: 轉換結果9: 字符串表示的數值絕對值小于 LDBL_MIN，返回 0.0L: 0.000000}else{printf("轉換結果9: %Lf\n", result);}// 示例 10：檢查轉換是否完全成功result = strtold("123.45abc", &endptr);if (*endptr != '\0'){printf("轉換結果10: %Lf, 但字符串未完全轉換\n", result); // 輸出: 轉換結果10: 123.450000, 但字符串未完全轉換}else{printf("轉換結果9: %Lf\n", result);}return 0;
}

????????程序在 VS Code 中的運行結果如下所示：

4?字符串轉數值函數總結

函數名功能返回值類型轉換范圍適用場景錯誤處理（errno）
strtof將字符串轉換為單精度浮點型（float）floatFLT_MIN 到 FLT_MAX（通常為 1.175494e-38 到 3.402823e+38）需要處理單精度浮點數的轉換

無效輸入時返回 0.0f；

正溢出時返回 +HUGE_VALF（inf）；

負溢出時返回 -HUGE_VALF（-inf）；

下溢時可能返回 0.0f 或次正規數（取決于實現），并設置 errno 為 ERANGE（僅溢出時設置）

strtod將字符串轉換為雙精度浮點型（double）doubleDBL_MIN 到 DBL_MAX（通常為 2.225074e-308 到 1.797693e+308）需要處理雙精度浮點數的轉換

無效輸入時返回 0.0；

正溢出時返回 +HUGE_VAL（inf）；

負溢出時返回 -HUGE_VAL（-inf）；

下溢時可能返回 0.0 或次正規數（取決于實現），并設置 errno 為 ERANGE（僅溢出時設置）

strtold將字符串轉換為擴展精度浮點型（long double）long doubleLDBL_MIN 到 LDBL_MAX（范圍因平臺而異，通常更大）需要處理高精度或大范圍浮點數的轉換

無效輸入時返回 0.0L；

正溢出時返回 +HUGE_VALL（inf）；

負溢出時返回 -HUGE_VALL（-inf）；

下溢時可能返回 0.0L 或次正規數（取決于實現），并設置 errno 為 ERANGE（僅溢出時設置）

  • 頭文件：所有這些函數都定義在 <stdlib.h> 頭文件中，使用時需要包含該頭文件。

  • 錯誤處理細節：

    • 當轉換結果超出目標類型的最大正值時，函數返回 +HUGE_VALF、+HUGE_VAL 或 +HUGE_VALL（取決于函數類型），并設置 errno 為 ERANGE。
    • 當轉換結果小于目標類型的最小負值時，函數返回 -HUGE_VALF、-HUGE_VAL 或 -HUGE_VALL（取決于函數類型），并設置 errno 為 ERANGE。
    • 當轉換結果非常接近零，但仍在目標類型的范圍內時，函數可能返回 0.0、0.0f、0.0L 或一個次正規數（即一個非常小的非零值，其精度可能低于正常范圍的數值）。下溢通常不會設置 errno 為 ERANGE，除非在某些特定實現中明確規定。

  • 跨平臺兼容性：

    • 這些函數是 C 標準庫的一部分，因此在大多數平臺上都可用。
    • 浮點類型的范圍（如 FLT_MAX、DBL_MAX、LDBL_MAX）和精度（如 FLT_DIG、DBL_DIG、LDBL_DIG）可能因平臺和編譯器實現而異，因此在跨平臺開發時需要注意這些差異。

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