itoa 與 atoi 的 C 語言手寫實現：面試必備

itoa（整數轉字符串）與 atoi（字符串轉整數）是經典面試題，雖然標準庫已提供，但手寫實現能考察對進制轉換、字符處理、邊界條件的掌握程度。

atoi：字符串轉整數

核心邏輯

1. 跳過前導空格（標準行為）
2. 識別正負號
3. 逐字符累加：result = result * 10 + (ch - '0')
4. 遇非數字字符停止
5. 應用正負號

實現代碼

int my_atoi(const char *str) {
    if (!str) return 0;

    // 跳過空格
    while (*str == ' ') str++;

    // 處理符號
    int sign = 1;
    if (*str == '-') { sign = -1; str++; }
    else if (*str == '+') { str++; }

    // 累加數值
    long long result = 0;  // 用長整型防溢出檢測
    while (*str >= '0' && *str <= '9') {
        result = result * 10 + (*str - '0');
        // 溢出檢測
        if (sign == 1 && result > INT_MAX) return INT_MAX;
        if (sign == -1 && -result < INT_MIN) return INT_MIN;
        str++;
    }

    return (int)(result * sign);
}

itoa：整數轉字符串

核心邏輯

1. 處理 0 特例
2. 處理負數：記錄符號，轉為正數處理
3. 反向提取數字：digit = n % radix，n /= radix
4. 數字映射字符：0-9 → '0'-'9'，10-15 → 'A'-'F'
5. 反轉字符串
6. 添加負號

實現代碼（支援任意進制 2-36）

char *my_itoa(int n, char *str, int radix) {
    if (!str || radix < 2 || radix > 36) return NULL;

    static const char digits[] = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    char *ptr = str;
    int sign = 0;

    // 處理 0
    if (n == 0) {
        *ptr++ = '0';
        *ptr = '\0';
        return str;
    }

    // 處理負數（僅十進制）
    if (n < 0 && radix == 10) {
        sign = 1;
        n = -n;
    }

    // 反向生成數字
    while (n != 0) {
        *ptr++ = digits[n % radix];
        n /= radix;
    }

    // 添加負號
    if (sign) *ptr++ = '-';

    *ptr = '\0';

    // 反轉字符串
    char *start = str, *end = ptr - 1;
    while (start < end) {
        char tmp = *start;
        *start++ = *end;
        *end-- = tmp;
    }

    return str;
}

測試用例

int main() {
    char buf[32];

    // atoi 測試
    printf("atoi: %d\n", my_atoi("12345"));      // 12345
    printf("atoi: %d\n", my_atoi("-678"));       // -678
    printf("atoi: %d\n", my_atoi("  +42"));      // 42
    printf("atoi: %d\n", my_atoi("12abc"));      // 12
    printf("atoi: %d\n", my_atoi("9999999999")); // INT_MAX (溢出保護)

    // itoa 測試
    printf("itoa: %s\n", my_itoa(12345, buf, 10));  // "12345"
    printf("itoa: %s\n", my_itoa(-123, buf, 10));   // "-123"
    printf("itoa: %s\n", my_itoa(255, buf, 16));    // "FF"
    printf("itoa: %s\n", my_itoa(10, buf, 2));      // "1010"
    printf("itoa: %s\n", my_itoa(0, buf, 10));      // "0"

    return 0;
}

關鍵點總結

面試加分項

• 提及 strtol/strtoul 等更健壯的標準庫函數
• 討論線程安全性（標準 itoa 非線程安全，可改為輸出參數）
• 擴展支援 long long、浮點數轉換
• 說明為什麼標準庫不提供 itoa（非標準、緩衝區風險）

結語

手寫 atoi/itoa 不僅是面試題，更是理解「數值與文本表示互轉」本質的最佳練習。掌握邊界處理、進制轉換、字符編碼等細節，能讓你在系統編程中更從容地應對序列化、協議解析等場景。