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【C++篇】像解谜一样转换字符串：stoi 带你走向整数的世界

news 来源：原创 2025/7/28 4:15:47

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前言

在现代 C++ 编程中，字符串与数字之间的转换是非常常见的需求。随着编程语言的发展，C++ 提供了多种方式来处理这种转换。stoi（string to integer）函数正是为了简化这一任务而被引入的。

在 C++ 的早期版本中，字符串转换为整数通常通过 C 风格的函数（如 atoi）来完成。然而，这些方法存在一些问题，比如：

错误处理不足：atoi 在遇到无效输入时不会抛出异常，导致程序行为不可预测。
功能受限：C 风格的函数只能处理简单的转换，无法处理更复杂的需求，比如进制转换或精确的错误定位。

stoi 是 C++11 引入的一个标准库函数，常用于将字符串转换为整数。它的全称是 "string to integer"。

1 背景与应用场景

`1.1 stoi` 的引入背景

C++11 标准引入了 stoi 等新的字符串转换函数，目的就是填补 C 风格函数的不足，提供更为安全、灵活和强大的字符串转换功能。stoi 属于标准库的一部分，可以通过 <string> 头文件引入。它不仅可以将字符串转换为整数，还可以通过额外的参数指定进制，并在解析过程中精确定位错误的位置。

与 C 风格的函数不同，stoi 具有以下优点：

异常处理：遇到无效输入时，会抛出异常，方便程序进行错误处理。
灵活性：支持指定进制（如二进制、十六进制等），提供了更广泛的应用场景。
定位解析位置：通过 pos 参数，能够指出字符串转换失败的位置，增强了调试能力。

`1.2 stoi` 的优势

易于使用：stoi 接口简洁明了，适合大部分转换需求。
异常机制：通过 std::invalid_argument 和 std::out_of_range 异常，可以更优雅地处理错误情况。
支持进制转换：支持 2 至 36 的进制转换，方便处理不同的数字表示。
优化性能：相对于早期的字符串解析方法，stoi 在处理现代应用时更为高效和安全

1.3 应用场景

用户输入处理：通常需要将用户输入的字符串转换为整数。
文件解析：在读取文件时，可能会遇到包含数字的字符串，需要将其转换为数值。
网络协议解析：一些网络协议传输的数据是以字符串的形式编码，解析时需要将其转换为数字。

总的来说，stoi 函数的引入，是为了使 C++ 更加现代化和灵活，同时解决了早期字符串转换函数在错误处理和功能扩展方面的不足。它不仅提供了更安全的错误处理机制，还使得字符串到整数的转换变得更为高效和精确。

2. stoi函数详细剖析

函数原型

int stoi(const std::string& str, std::size_t* pos = 0, int base = 10);

参数说明

str：待转换的字符串，必须是可解析为整数的形式，否则会抛出异常。

pos（可选）：

一个指针，用于存储解析结束后字符串的下一个位置索引。
如果你不需要这个功能，可以将其设置为默认值 0 或 nullptr。

base（可选）：要转的字符串的进制数
整数的进制，默认为 10（十进制）。可以指定其他基数，如 2、16 等。

返回值

转换后的整数。

异常

std::invalid_argument：
当字符串不能被转换为有效整数时抛出，如 "abc"。
std::out_of_range：
当字符串表示的值超出整数的范围时抛出，如 "99999999999999999999"（超出 int 的表示范围）。

2.1 基本用法

示例代码：

#include <iostream>
#include <string>using namespace std;
int main() 
{string str = "123";int num = stoi(str);std::cout << "整数值: " << num << std::endl;  // 输出: 整数值: 123return 0;
}

2.2 使用pos

示例代码：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string str = "123abc";size_t pos;int num = stoi(str, &pos);cout << "整数值: " << num << endl;  // 输出: 整数值: 123cout << "未解析部分索引: " << pos << endl;  // 输出: 未解析部分索引: 3return 0;
}

解析：

size_t pos;

声明一个变量 pos，类型为 size_t（无符号整数），用于存储 stoi 函数解析结束后的位置索引。

int num = stoi(str, &pos);

调用 stoi 函数，将字符串 str 中可解析的整数部分转换为 int 类型，并赋值给变量 num。
解析细节：
1. 从字符串 str 的左侧开始，解析数字部分 "123"。
2. 将解析出的数字部分转换为整数 123 并返回。
3. &pos 保存解析结束的位置索引，即数字部分之后的字符索引（这里是索引 3，因为 str[3] 是 a）。

关键点扩展

stoi 的行为：
- 从左向右解析字符串中可转换为整数的部分。
- 遇到第一个非数字字符时停止解析。
- 返回解析出的整数，并通过 pos 指针告诉解析结束的位置。
pos 的意义：
- pos 保存的是从字符串开头到解析结束的字符数。例如，"123abc" 中，解析到索引 3 停止。
未解析部分：
- 如果 pos 不等于字符串长度 str.size()，说明字符串中存在未被解析的部分。
- 在本例中，未解析部分是 "abc"，位于索引 3 及之后。
错误处理（异常）：
- 如果字符串中没有可解析的整数部分（如 "abc"），stoi 会抛出 std::invalid_argument 异常。
- 如果字符串表示的数字超出 int 的范围，stoi 会抛出 std::out_of_range 异常。

2.3 不同进制转换

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string str_hex = "1A";  // 十六进制int num = stoi(str_hex, nullptr, 16);cout << "十六进制转换为整数: " << num << endl;  // 输出: 十六进制转换为整数: 26string str_bin = "1101";  // 二进制num = stoi(str_bin, nullptr, 2);cout << "二进制转换为整数: " << num << endl;  // 输出: 二进制转换为整数: 13return 0;
}

2.4 异常处理

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string str = "123abc";size_t pos;try {int num = stoi(str, &pos);cout << "整数值: " << num << endl;cout << "未解析部分索引: " << pos << endl;} catch (const invalid_argument& e) {cout << "无效输入，无法解析整数。" << endl;} catch (const out_of_range& e) {cout << "输入数字超出范围。" << endl;}return 0;
}

扩展知识

2.5 注意事项

。stoi 是对 strtol 函数的一个封装，提供更现代化的接口

。如果需要处理大数，可以使用类似的函数 stoll，返回 long long 类型

。对于非整数类型的转换，可以使用 stof（float）、stod（double）等函数

3. 常见问题与解决

3.1 如何处理输入中包含前导空格？

stoi 会自动忽略字符串前导空格，因此不需要额外处理。

示例：

std::string str = " 42";
int num = std::stoi(str);
std::cout << num; // 输出: 42

3.2 如何确定字符串完全被解析为整数？

可以结合 pos 参数，检查解析是否到字符串末尾：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() 
{string str = "42abc";size_t pos;int num = stoi(str, &pos);if (pos != str.size()) {cout << "字符串未完全解析，剩余部分: " << str.substr(pos) << endl;   //输出abc}return 0;
}

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