GCC下itoa函数的演变：itoa with GCC

今天药忘吃喽~ 2022-08-01 00:14 101阅读 0赞

原文：[http://www.strudel.org.uk/itoa/][http_www.strudel.org.uk_itoa]

这篇文章中有对部分函数的具体分析：[对itoa函数的分析][itoa]。

# 简介 #

##  ##

## 我怎么在GCC下使用itoa()？ ##

啊，C/C++！itoa()不是ANSI C标准而且它不能在linux下的GCC中工作（至少我使用的版本是这样的）。这是很让人沮丧的，特别是当你想让代码跨平台可用时（Windows/Linux/Solaris或其他任何机器）。

很多人说可以使用sprintf来写字符串但是sprintf不满足itoa()的一个特征：itoa函数允许将int转换为除十进制以外其他进制的形式。该文章包含一系列itoa函数实现的演化版本。较老的版本在文章后边。请确认你用的是最新版本。

## 贡献 ##

在我们继续之前，我要感谢以下为解决方案作出贡献的人。这个函数是由以下人员贡献的：Stuart Lowe (本文作者)，Robert Jan Schaper，Ray-Yuan Sheu， Rodrigo de Salvo Braz，Wes Garland，John Maloney，Brian Hunt，Fernando Corradi and Lukás Chmela。

# 演变过程 #

以下是早期的一个版本，由Robert Jan Schaper表述于Google groups：

## char\* version 0.1 ##

char* itoa(int val, int base){
    	static char buf[32] = {0};
    	int i = 30;
    	for(; val && i ; --i, val /= base)
    		buf[i] = "0123456789abcdef"[val % base];
    	return &buf[i+1];
    }

我所使用的版本和这个版本看起来不太一样，它更像是这样的形式： `itoa(int value, char* buffer, int radix)`。在最后，我给出了我自己使用std::string代替字符串的版本。

## std::string version 0.1 ##

void my_itoa(int value, std::string& buf, int base){
    	int i = 30;
    	buf = "";
    	for(; value && i ; --i, value /= base) buf = "0123456789abcdef"[value % base] + buf;
    }

**更新**：(2005/02/11)

Ray-Yuan Sheu发邮件给我，他提出了一个更新版本：做了更多错误检测，例如基底base越界、负整数等。

**更新**：(2005/04/08)

Rodrigo de Salvo Braz指出了一个bug：当输入为0时没有返回。现在函数返回0。Luc Gallant也指出了这个bug。

## std::string version 0.2 ##

/**
     * C++ version std::string style "itoa":
     */
    std::string itoa(int value, unsigned int base) {
    	const char digitMap[] = "0123456789abcdef";
    	std::string buf;
    
            // Guard:
    	if (base == 0 || base > 16) {
    		// Error: may add more trace/log output here
    		return buf;
    	}
    	
    	// Take care of negative int:
    	std::string sign;
    	int _value = value;
    	
    	// Check for case when input is zero:
    	if (_value == 0) return "0";
    	
    	if (value < 0) {
    		_value = -value;
    		sign = "-";
    	}
    	
    	// Translating number to string with base:
    	for (int i = 30; _value && i ; --i) {
    		buf = digitMap[ _value % base ] + buf;
    		_value /= base;
    	}
    	
    	return sign.append(buf);
    	
    }

更新：(2005/05/07)

Wes Garland指出lltostr函数在Solaris和其他linux变体中存在。函数应该返回long long的char \*形式处理多种数基。还有针对无符号数值的ulltostr函数。

更新：(2005/05/30)

John Maloney指出了之前函数的多个问题。一个主要问题是函数包含大量栈分配。他建议尽可能移除栈分配以加快算法速度。char\* 版本比上述的代码快至少10倍。新版本的std::string比原来的快3倍。尽管char\*版本更快，但是你必须检查以确保为函数输出分配了足够的空间。

## std::string version 0.3 ##

/**
     * C++ version std::string style "itoa":
     */
    std::string itoa(int value, int base) {
    	enum { kMaxDigits = 35 };
    	std::string buf;
    	buf.reserve( kMaxDigits ); // Pre-allocate enough space.
    	
    	// check that the base if valid
    	if (base < 2 || base > 16) return buf;
    	int quotient = value;
    	
    	// Translating number to string with base:
    	do {
    		buf += "0123456789abcdef"[ std::abs( quotient % base ) ];
    		quotient /= base;
    	} while ( quotient );
    	
    	// Append the negative sign for base 10
    	if ( value < 0 && base == 10) buf += '-';
    	std::reverse( buf.begin(), buf.end() );
    	
    	return buf;
    }

## char \*version 0.2 ##

/**
     * C++ version char* style "itoa":
     */
    char* itoa( int value, char* result, int base ) {
    	// check that the base if valid
    	if (base < 2 || base > 16) { *result = 0; return result; }
    	
    	char* out = result;
    	int quotient = value;
    	
    	do {
    		*out = "0123456789abcdef"[ std::abs( quotient % base ) ];
    		++out;
    		quotient /= base;
    	} while ( quotient );
    	
    	// Only apply negative sign for base 10
    	if ( value < 0 && base == 10) *out++ = '-';
    	std::reverse( result, out );
    	*out = 0;
    	return result;
    }

更新：(2006/10/15)

Luiz Gon?lves告诉我：尽管itoa不是ANSI标准函数，但是该函数来自很多开发包并且被写进了很多教科书。他提出了一个来自于Kernighan & Ritchie's*Ansi C*的完全基于ANSI C的版本。基底base错误通过返回空字符来表述，并且没有分配内存。这个std::string版本和C++的char \*itoa()版本在下方提供，做了一些细微的修改。

译注：下面的方法是最容易想到的：

/**
     * Ansi C "itoa" based on Kernighan & Ritchie's "Ansi C":
     */
    void strreverse(char* begin, char* end) {
    	char aux;
    	while(end>begin)
    		aux=*end, *end--=*begin, *begin++=aux;
    }
    	
    void itoa(int value, char* str, int base) {
    	static char num[] = "0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    	char* wstr=str;
    	int sign;
    
           // Validate base
    	if (base<2 || base>35){ *wstr='\0'; return; }
     
            // Take care of sign
    	if ((sign=value) < 0) value = -value;
    	
    	// Conversion. Number is reversed.
    	do {
                  *wstr++ = num[value%base];
            } while(value/=base);
    	if(sign<0) *wstr++='-';
    	*wstr='\0';
    	
    	// Reverse string
    	strreverse(str,wstr-1);
    }
    	
    /**
     * Ansi C "itoa" based on Kernighan & Ritchie's "Ansi C"
     * with slight modification to optimize for specific architecture:
     */
    	
    void strreverse(char* begin, char* end) {
    	char aux;
    	while(end>begin)
    		aux=*end, *end--=*begin, *begin++=aux;
    }
    	
    void itoa(int value, char* str, int base) {
    	static char num[] = "0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    	char* wstr=str;
    	int sign;
    	div_t res;
    	
    	// Validate base
    	if (base<2 || base>35){ *wstr='\0'; return; }
    	
    	// Take care of sign
    	if ((sign=value) < 0) value = -value;
    	
    	// Conversion. Number is reversed.
    	do {
    		res = div(value,base);
    		*wstr++ = num[res.rem];
    	}while(value=res.quot);
    	if(sign<0) *wstr++='-';
    	*wstr='\0';
    	
    	// Reverse string
    	strreverse(str,wstr-1);
    }

**更新**：(2009/07/08)

过去一年我收到了一些改进std::string和char \*版本的代码。我最终有时间测试了这些代码。在std::string版本中，Brian Hunt建议将reverse移到base的检查之后，保存内存分配。这样可以加快速度。

## std::string version 0.4    ##

/**
    	 * C++ version 0.4 std::string style "itoa":
    	 */
    	std::string itoa(int value, int base) {
    		std::string buf;
    
    		// check that the base if valid
    		if (base < 2 || base > 16) return buf;
    
    		enum { kMaxDigits = 35 };
    		buf.reserve( kMaxDigits ); // Pre-allocate enough space.
    
    		int quotient = value;
    
    		// Translating number to string with base:
    		do {
    			buf += "0123456789abcdef"[ std::abs( quotient % base ) ];
    			quotient /= base;
    		} while ( quotient );
    
    		// Append the negative sign
    		if ( value < 0) buf += '-';
    
    		std::reverse( buf.begin(), buf.end() );
    		return buf;
    	}

还有一些针对char\*版本的建议。Fernando Corradi提议使用abs()因为仅仅使用一次，不使用取余操作（%）而是通过手动计算除数。这样可以加快速度：

## char \*version 0.3    ##

/**
    	 * C++ version 0.3 char* style "itoa":
    	 */
    	char* itoa( int value, char* result, int base ) {
    		// check that the base if valid
    
    		if (base < 2 || base > 16) { *result = 0; return result; }
    
    		char* out = result;
    		int quotient = abs(value);
    
    		do {
    			const int tmp = quotient / base;
    			*out = "0123456789abcdef"[ quotient - (tmp*base) ];
    			++out;
    			quotient = tmp;
    		} while ( quotient );
    
    		// Apply negative sign
    		if ( value < 0) *out++ = '-';
    
    		std::reverse( result, out );
    		*out = 0;
    		return result;
    	}

## char\* version 0.4 ##

Lukás Chmela重写了代码，**该函数不再有“最小负数”bug**：

/**
    	 * C++ version 0.4 char* style "itoa":
    	 * Written by Lukás Chmela
    	 * Released under GPLv3.
    
    	 */
    	char* itoa(int value, char* result, int base) {
    		// check that the base if valid
    		if (base < 2 || base > 36) { *result = '\0'; return result; }
    
    		char* ptr = result, *ptr1 = result, tmp_char;
    		int tmp_value;
    
    		do {
    			tmp_value = value;
    			value /= base;
    			*ptr++ = "zyxwvutsrqponmlkjihgfedcba9876543210123456789
                               abcdefghijklmnopqrstuvwxyz" [35 + (tmp_value - value * base)];
    		} while ( value );
    
    		// Apply negative sign
    		if (tmp_value < 0) *ptr++ = '-';
    		*ptr-- = '\0';
    		while(ptr1 < ptr) {
    			tmp_char = *ptr;
    			*ptr--= *ptr1;
    			*ptr1++ = tmp_char;
    		}
    		return result;
    	}

# 最新版本 #

下面是最新版本的itoa，你可以根据喜好选择char\*或std::string版本。我没有将基于Kernighan & Ritchie的版本放在这个部分，因为我不确定其版权的状态。然而，下列函数已经被上述提到的人开发并且是可以使用的。

## std::string version 0.4 ##

/**
    	 * C++ version 0.4 std::string style "itoa":
    	 * Contributions from Stuart Lowe, Ray-Yuan Sheu,
    
    	 * Rodrigo de Salvo Braz, Luc Gallant, John Maloney
    	 * and Brian Hunt
    	 */
    	std::string itoa(int value, int base) {
    
    		std::string buf;
    
    		// check that the base if valid
    		if (base < 2 || base > 16) return buf;
    
    		enum { kMaxDigits = 35 };
    		buf.reserve( kMaxDigits ); // Pre-allocate enough space.
    
    		int quotient = value;
    
    		// Translating number to string with base:
    		do {
    			buf += "0123456789abcdef"[ std::abs( quotient % base ) ];
    			quotient /= base;
    		} while ( quotient );
    
    		// Append the negative sign
    		if ( value < 0) buf += '-';
    
    		std::reverse( buf.begin(), buf.end() );
    		return buf;
    	}

## char\* version 0.4 ##

# 性能对比 #

我已经对itoa的各个版本做了测试，研究其转换-32768到32768之间整数，基底在2到20之间时所需要的平均时间（代码仅仅在基底最高位16有效，因此其余的base仅仅是作为测试）。测试结果如下表所示：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>function</th> 
   <th>relative time</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char* style "itoa" (v 0.2)<br> <code>char* itoa(int value, char* result, int base)</code></td> 
   <td>1.0<br> (XP, Cygwin, g++)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char* style "itoa" (v 0.3)<br> <code>char* itoa(int value, char* result, int base)</code></td> 
   <td>0.93</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char* style "itoa" (v 0.4)<br> <code>char* itoa(int value, char* result, int base)</code></td> 
   <td>0.72</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Ansi C "itoa" based on Kernighan &amp; Ritchie's "Ansi C" with modification to optimize for specific architecture<br> <code>void itoa(int value, char* str, int base)</code></td> 
   <td>0.92</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>std::string style "itoa" (v 0.3)<br> <code>std::string itoa(int value, int base)</code></td> 
   <td>41.5</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>std::string style "itoa" (v 0.4)<br> <code>std::string itoa(int value, int base)</code></td> 
   <td>40.8</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果有人有改进或更好的解决方法，请通知我。我的邮件地址信息可以在 [我的博客][Link 1]中找到。

[http_www.strudel.org.uk_itoa]: http://www.strudel.org.uk/itoa/
[itoa]: http://blog.csdn.net/u013074465/article/details/46504175
[Link 1]: http://www.strudel.org.uk/blog/astro/about.html