C 語言字符串轉數字全攻略：atoi/strtol/strtoul 族函數詳解與溢出處理

C 標準庫提供多套字符串轉數字函數，功能從簡單到強大。本文系統對比 atoi/atol/atof 與 strtol/strtoul/strtod 族，重點講解錯誤檢測、溢出處理、進制支持。

1. 簡易轉換函數（無錯誤檢測）

⚠️ 缺陷：無法區分「轉換結果為 0」與「轉換失敗」，溢出行為未定義。

2. 強健轉換函數族（推薦）

double strtod(const char* nptr, char** endptr);
long strtol(const char* nptr, char** endptr, int base);
unsigned long strtoul(const char* nptr, char** endptr, int base);

• endptr：輸出參數，指向第一個未被轉換的字符
• base：進制（2-36），0 表示自動檢測（0x 十六進制、0 八進制、其他十進制）
• 返回值：轉換結果
• 溢出：設置 errno = ERANGE，返回 LONG_MAX/MIN 或 ULONG_MAX

3. 實戰：溢出檢測與殘餘字符處理

char* str = "1234567891011121314151617181920"; // 超出 unsigned long
unsigned long num;
char* leftover;
errno = 0;
num = strtoul(str, &leftover, 10);

if (errno == ERANGE) {
    printf("溢出！最大值：%lu\n", ULONG_MAX);
    printf("未轉換部分：%s\n", leftover);
}

4. 進制轉換實戰

strtol("0xfea593ee", NULL, 0);  // 自動識別 16 進制 → 4271436782
strtol("fea593ee", NULL, 16);    // 顯式 16 進制
strtoul("fea593ee", NULL, 16);   // 無符號，避免符號位誤判

💡 strtol 處理高位為 1 的 16 進制數會當作負數（符號擴展），16 進制轉換首選 strtoul。

5. 完整錯誤檢測模板

long safe_strtol(const char* s, int base, bool* ok) {
    errno = 0;
    char* end;
    long val = strtol(s, &end, base);
    *ok = (errno == 0 && end != s && *end == '\0');
    return val;
}

6. C++11 現代替代

std::stoi("123");        // 拋出異常可捕獲
std::stol("123", nullptr, 16);
std::stod("3.14");
std::from_chars(ptr, ptr+len, val); // C++17 無異常、高性能

總結

• 簡單場景可用 atoi 族
• 生產代碼必須用 strtol/strtoul/strtod：支持錯誤檢測、溢出處理、進制自動識別、殘餘字符定位
• 16 進制無符號轉換用 strtoul
• C++ 優先用 std::from_chars（高性能、無異常、無 locale 開銷）