strtod函數詳解

strtod是C語言中的標準函數，主要用來把字符串轉換成double類型的浮點數。它的原型如下：

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

其中nptr為待轉換的字符串指針，endptr指向待轉換的字符串中第一個非數字或點的字符的指針。如果沒有執行任何轉換，endptr指向待轉換字符串的起始地址。

一、字符串轉換

strtod函數的主要用途是將字符串轉換成double類型的浮點數，這是它最常用的功能。在轉換時，strtod會自動跳過前導空格，並處理負數、科學計數法等特殊情況。

以下是一個簡單的例子：

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

在這個例子中，strtod函數執行後num的值為3.1415926，end指針指向字符串結尾的’\0’。需要注意的是，如果待轉換的字符串中包含非數字或點之外的字符，strtod函數只會轉換到第一個非數字或點之前的部分，後面的內容會被忽略掉。

下面是一個包含特殊情況的例子：

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

在這個例子中，待轉換的字符串包含負號、小數點和科學計數法三個特殊情況。在轉換時，strtod會將它們轉換成對應的浮點數。執行後num的值為-0.000123，end指針指向字符串結尾的’\0’。

二、錯誤處理

在實際應用中，待轉換的字符串可能會包含一些不能正確轉換成浮點數的字符，或者指針參數傳入不正確等情況。為了在這些情況下保證程序的穩定性，strtod函數提供了一些錯誤處理機制。

1.轉換失敗

如果待轉換的字符串中不包含任何數字或點，或者出現了既非數字又不是點的字符，strtod函數會返回0.0並賦值全局變量errno為ERANGE。例如：

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

在這個例子中，因為字符串中既沒有數字也沒有點，所以轉換失敗，num的值為0.0，end指針指向字符串結尾的’\0’，errno被賦值為ERANGE。

2.指針參數不正確

如果指針參數end傳入了不正確的值，strtod函數也會返回0.0並賦值全局變量errno為EINVAL。例如：

const char *str = "3.14";
double num = strtod(str, NULL);
if (errno == EINVAL) {
    printf("指針參數不正確\n");
}

在這個例子中，因為指針參數end傳入了NULL，所以調用函數時會返回0.0，並將errno賦值為EINVAL。

3.溢出

如果待轉換的字符串表示的浮點數超出了double類型的範圍，strtod函數會返回正負無窮大，並賦值全局變量errno為ERANGE。例如：

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

在這個例子中，因為待轉換的字符串表示的浮點數超過了double類型所能表示的最大值，所以函數調用會返回正無窮大，end指針指向字符串結尾的’\0’，errno被賦值為ERANGE。

三、函數實現

strtod函數的實現可分為以下幾步：

1.跳過前導空格和符號判斷

strtod函數會先跳過待轉換字符串中的空格和製表符等空白字符，然後判斷第一個非空白字符是不是符號（+或-）。如果是，會將該符號的正負性作為標記（sign）存儲下來，然後將指針向後移動一位。

2.處理小數部分

接下來，strtod函數會處理小數部分（如果有的話）。它會遍歷字符串，直到遇到非數字或點的字符。在遍歷的過程中，strtod會將遇到的數字按權相加的方式計算出浮點數的整數部分（integer part）和小數部分（fraction part）。例如，在處理字符串”3.14″時，strtod會先計算出整數部分3，然後根據小數點後面的數字1和4計算出小數部分0.14（1/10 + 4/100）。

3.處理指數部分

如果待轉換字符串中包含科學計數法（例如3.14E5），strtod函數會處理指數部分。它會提取出E或e後面的數字作為指數（exponent），然後將整個浮點數乘以10的exponent次方。例如，在處理字符串”3.14E5″時，strtod會先計算出浮點數3.14，然後將其乘以10的5次方。

4.返回結果

最後，strtod函數會根據前面計算出來的數值、符號和指數等信息，計算出最終的浮點數，並把它返回。

下面是一個簡化版的strtod函數實現：

double my_strtod(const char *nptr, char **endptr) {
    // 跳過前導空格和符號
    char *p = (char *)nptr;
    while (isspace(*p)) p++;
    int sign = 1;
    if (*p == '+') {
        p++;
    } else if (*p == '-') {
        p++;
        sign = -1;
    }

    // 處理小數部分
    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++;
    }

    // 處理指數部分
    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;
    }

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

四、總結

strtod函數是C語言中常用的一個函數，主要用來將字符串轉換成double類型的浮點數。在實際應用中，strtod函數還會根據待轉換字符串的不同情況返回不同的錯誤碼，方便程序員進行錯誤處理。

本文主要闡述了strtod函數的用法和實現方法，並給出了一個簡化版的實現代碼，供讀者參考。