在現代 C++ 開發中，字符串與數值之間的轉換是一個常見的需求，尤其是在處理輸入輸出、數據解析和格式化時。C++17 引入了 std::to_chars 和 std::from_chars，這兩個函數為開發者提供了高效、安全且靈活的字符串轉換工具。

1. 傳統轉換方法的局限性

在 C++17 之前，開發者主要依賴以下幾種方法進行字符串與數值的轉換：

• std::stringstream：使用方便，但性能較低，因為涉及復雜的內部緩沖和格式化過程。
• sprintf 和 snprintf：靈活但缺乏類型安全性，容易導致緩沖區溢出等安全問題。
• std::to_string 和 std::stoi：簡單易用，但性能一般，且缺乏對特殊格式的支持。

這些傳統方法在高性能和高安全性要求的場景下表現不佳，促使 C++ 標準委員會引入了新的字符串轉換工具。

2. std::to_chars：數值到字符串的高效轉換

std::to_chars 是一個低級別的數值到字符串的轉換函數，旨在提供高性能和高效的轉換能力。

函數原型：

template<class T>
std::to_chars_result to_chars(char* first, char* last, T value, int base = 10);

• first 和 last 指向目標緩沖區的起始和結束位置。
• value 是要轉換的數值。
• base 是轉換的進制，默認為 10。

返回值：

返回一個 std::to_chars_result 結構體，包含兩個成員：

• ptr：指向寫入字符串后的下一個位置。
• ec：錯誤碼，使用 std::errc 枚舉表示可能的錯誤類型。

示例代碼：

#include <charconv>
#include <iostream>
#include <system_error>int main() {int value = 12345;char buffer[20];auto result = std::to_chars(buffer, buffer + sizeof(buffer), value);if (result.ec == std::errc()) {std::cout << "轉換成功: " << std::string(buffer, result.ptr) << std::endl;} else {std::cerr << "轉換失敗: " << static_cast<int>(result.ec) << std::endl;}return 0;
}

輸出：

轉換成功: 12345

3. std::from_chars：字符串到數值的高效解析

std::from_chars 是一個低級別的字符串到數值的解析函數，旨在提供高效和可靠的解析能力。

函數原型：

template<class T>
std::from_chars_result from_chars(const char* first, const char* last, T& value, int base = 10);

• first 和 last 指向要解析的字符串的起始和結束位置。
• value 是存儲解析結果的變量。
• base 是解析的進制，默認為 10。

返回值：

返回一個 std::from_chars_result 結構體，包含兩個成員：

• ptr：指向解析結束后的下一個位置。
• ec：錯誤碼，使用 std::errc 枚舉表示可能的錯誤類型。

示例代碼：

#include <charconv>
#include <iostream>
#include <system_error>int main() {const char* str = "6789";int num;auto result = std::from_chars(str, str + 4, num);if (result.ec == std::errc()) {std::cout << "解析成功: " << num << std::endl;} else {std::cerr << "解析失敗: " << static_cast<int>(result.ec) << std::endl;}return 0;
}

輸出：

解析成功: 6789

4. 新特性的優勢

• 性能提升：std::to_chars 和 std::from_chars 采用無緩沖、無異常拋出的設計，直接操作指針，避免了不必要的中間緩沖區和數據復制。
• 類型安全與錯誤處理：通過模板參數明確指定目標類型，減少了類型轉換錯誤的風險。
• 靈活的格式控制：支持多種進制和格式選項。
• 無異常拋出：更適合在高性能和低延遲要求的系統中使用。

5. 注意事項

• 進制一致性：確保轉換的進制與目標一致。
• 緩沖區大小：確保緩沖區足夠大，否則可能導致轉換失敗。
• 錯誤處理：檢查返回值并處理相關問題。

6. 總結

std::to_chars 和 std::from_chars 是 C++17 中引入的高效且安全的字符串轉換工具。它們解決了傳統方法的諸多不足，提供了更好的性能、類型安全和錯誤處理機制。在現代 C++ 開發中，這兩個函數無疑是處理字符串轉換的首選工具。

希望這篇文章能幫助你更好地理解和使用 std::to_chars 和 std::from_chars，提升你的開發效率和代碼質量！