strtod函数详解

strtod是C语言中的标准函数，主要用来把字符串转换成double类型的浮点数。它的原型如下：

double strtod(const char *nptr, char **endptr);

其中nptr为待转换的字符串指针，endptr指向待转换的字符串中第一个非数字或点的字符的指针。如果没有执行任何转换，endptr指向待转换字符串的起始地址。

一、字符串转换

strtod函数的主要用途是将字符串转换成double类型的浮点数，这是它最常用的功能。在转换时，strtod会自动跳过前导空格，并处理负数、科学计数法等特殊情况。

以下是一个简单的例子：

const char *str = "3.1415926";
char *end;
double num = strtod(str, &end);

在这个例子中，strtod函数执行后num的值为3.1415926，end指针指向字符串结尾的’\0’。需要注意的是，如果待转换的字符串中包含非数字或点之外的字符，strtod函数只会转换到第一个非数字或点之前的部分，后面的内容会被忽略掉。

下面是一个包含特殊情况的例子：

const char *str = "-1.23E-4";
char *end;
double num = strtod(str, &end);

在这个例子中，待转换的字符串包含负号、小数点和科学计数法三个特殊情况。在转换时，strtod会将它们转换成对应的浮点数。执行后num的值为-0.000123，end指针指向字符串结尾的’\0’。

二、错误处理

在实际应用中，待转换的字符串可能会包含一些不能正确转换成浮点数的字符，或者指针参数传入不正确等情况。为了在这些情况下保证程序的稳定性，strtod函数提供了一些错误处理机制。

1.转换失败

如果待转换的字符串中不包含任何数字或点，或者出现了既非数字又不是点的字符，strtod函数会返回0.0并赋值全局变量errno为ERANGE。例如：

const char *str = "abc";
char *end;
double num = strtod(str, &end);
if (*end == '\0' && errno == ERANGE) {
    printf("转换失败\n");
}

在这个例子中，因为字符串中既没有数字也没有点，所以转换失败，num的值为0.0，end指针指向字符串结尾的’\0’，errno被赋值为ERANGE。

2.指针参数不正确

如果指针参数end传入了不正确的值，strtod函数也会返回0.0并赋值全局变量errno为EINVAL。例如：

const char *str = "3.14";
double num = strtod(str, NULL);
if (errno == EINVAL) {
    printf("指针参数不正确\n");
}

在这个例子中，因为指针参数end传入了NULL，所以调用函数时会返回0.0，并将errno赋值为EINVAL。

3.溢出

如果待转换的字符串表示的浮点数超出了double类型的范围，strtod函数会返回正负无穷大，并赋值全局变量errno为ERANGE。例如：

const char *str = "1e308";
char *end;
double num = strtod(str, &end);
if (*end == '\0' && errno == ERANGE) {
    printf("超出范围\n");
}

在这个例子中，因为待转换的字符串表示的浮点数超过了double类型所能表示的最大值，所以函数调用会返回正无穷大，end指针指向字符串结尾的’\0’，errno被赋值为ERANGE。

三、函数实现

strtod函数的实现可分为以下几步：

1.跳过前导空格和符号判断

strtod函数会先跳过待转换字符串中的空格和制表符等空白字符，然后判断第一个非空白字符是不是符号（+或-）。如果是，会将该符号的正负性作为标记（sign）存储下来，然后将指针向后移动一位。

2.处理小数部分

接下来，strtod函数会处理小数部分（如果有的话）。它会遍历字符串，直到遇到非数字或点的字符。在遍历的过程中，strtod会将遇到的数字按权相加的方式计算出浮点数的整数部分（integer part）和小数部分（fraction part）。例如，在处理字符串”3.14″时，strtod会先计算出整数部分3，然后根据小数点后面的数字1和4计算出小数部分0.14（1/10 + 4/100）。

3.处理指数部分

如果待转换字符串中包含科学计数法（例如3.14E5），strtod函数会处理指数部分。它会提取出E或e后面的数字作为指数（exponent），然后将整个浮点数乘以10的exponent次方。例如，在处理字符串”3.14E5″时，strtod会先计算出浮点数3.14，然后将其乘以10的5次方。

4.返回结果

最后，strtod函数会根据前面计算出来的数值、符号和指数等信息，计算出最终的浮点数，并把它返回。

下面是一个简化版的strtod函数实现：

double my_strtod(const char *nptr, char **endptr) {
    // 跳过前导空格和符号
    char *p = (char *)nptr;
    while (isspace(*p)) p++;
    int sign = 1;
    if (*p == '+') {
        p++;
    } else if (*p == '-') {
        p++;
        sign = -1;
    }

    // 处理小数部分
    double integer_part = 0.0;
    double fraction_part = 0.0;
    double divisor = 1.0;
    while (isdigit(*p) || *p == '.') {
        if (*p == '.') {
            divisor = 10.0;
            p++;
            continue;
        }
        if (divisor == 1.0) {
            integer_part = integer_part * 10.0 + (*p - '0');
        } else {
            fraction_part += (*p - '0') / divisor;
            divisor *= 10.0;
        }
        p++;
    }

    // 处理指数部分
    int exponent = 0;
    if (toupper(*p) == 'E') {
        p++;
        int exp_sign = 1;
        if (*p == '+') {
            p++;
        } else if (*p == '-') {
            p++;
            exp_sign = -1;
        }
        while (isdigit(*p)) {
            exponent = exponent * 10 + (*p - '0');
            p++;
        }
        exponent *= exp_sign;
    }

    // 返回结果
    if (endptr != NULL) {
        *endptr = p;
    }
    return sign * (integer_part + fraction_part) * pow(10, exponent);
}

四、总结

strtod函数是C语言中常用的一个函数，主要用来将字符串转换成double类型的浮点数。在实际应用中，strtod函数还会根据待转换字符串的不同情况返回不同的错误码，方便程序员进行错误处理。

本文主要阐述了strtod函数的用法和实现方法，并给出了一个简化版的实现代码，供读者参考。