深入解析 std::stoll函数

1. std::stoll 的基本介绍

std::stoll（String to Long Long）是 C++ 标准库中的一个字符串转换函数，它用于将 std::string 或 std::wstring 转换为 long long 类型的整数。与 std::stol 相似，但 std::stoll 可以处理更大的整数范围。它同样支持不同进制的转换，如十进制、十六进制、八进制等。

1.1 std::stoll 的函数原型

long long stoll(const std::string& str, size_t* pos = nullptr, int base = 10);
long long stoll(const std::wstring& str, size_t* pos = nullptr, int base = 10);

1.2 参数解析

• str：要转换的字符串，必须是有效的整数格式。
• pos（可选）：如果提供 pos，stoll 会在 *pos 中存储转换结束的位置（即最后一个转换的字符的下一个位置）。
• base（可选）：表示字符串所使用的进制，默认值为 10（十进制），支持 2 到 36 进制。

1.3 返回值

• 成功：返回转换后的 long long 类型整数。
• 失败：如果字符串不是有效的数字或超出了 long long 类型的范围，会抛出异常。

2. std::stoll 的实现原理

在 GCC 标准库的 <string> 头文件中，std::stoll 的底层实现基于 std::strtoll，如下：

inline long long
stoll(const std::string& __str, size_t* __idx = 0, int __base = 10)
{
    return __gnu_cxx::__stoa(&std::strtoll, "stoll", __str.c_str(),
                             __idx, __base);
}

2.1 解析实现代码

• 调用 std::strtoll
std::strtoll（String to Long Long）是 C 语言中的标准库函数，它可以将 C 风格的字符串转换为 long long 类型的整数，同时支持进制转换。

• 使用 __gnu_cxx::__stoa 进行封装
  __stoa 是 GNU C++ 扩展库中的一个工具函数，它用于将字符串转换为 long long，并进行错误检查。

• __str.c_str()
std::string 的 .c_str() 方法返回一个 const char*，将 std::string 转换为 C 风格字符串，以便 std::strtoll 解析。

3. std::stoll 的实际用法

3.1 基础示例

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "123456789123456789";
    long long num = std::stoll(str);  // 默认10进制
    std::cout << "转换结果: " << num << std::endl;
    return 0;
}

输出：

转换结果: 123456789123456789

3.2 使用 pos 参数记录转换结束的位置

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "12345xyz";
    std::size_t pos;
    long long num = std::stoll(str, &pos);
    
    std::cout << "转换结果: " << num << std::endl;
    std::cout << "转换结束位置: " << pos << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

转换结果: 12345
转换结束位置: 5

解析：

• stoll 解析 "12345" 后遇到 "xyz"，停止转换，并将 pos 设为 5。

3.3 处理不同进制的转换

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "1A";  // 16进制
    long long num = std::stoll(str, nullptr, 16);  // 以16进制解析
    std::cout << "转换结果: " << num << std::endl;
    
    return 0;
}

输出：

转换结果: 26

解析：

• 1A 在十六进制中等于 26，所以 stoll 返回 26。

其他进制示例

std::stoll("1010", nullptr, 2);  // 以二进制解析，返回 10
std::stoll("75", nullptr, 8);    // 以八进制解析，返回 61
std::stoll("1F", nullptr, 16);   // 以十六进制解析，返回 31

4. 处理异常情况

4.1 输入不是有效的数字

如果 str 不是有效的整数格式，std::stoll 会抛出 std::invalid_argument 异常：

#include <iostream>
#include <string>
#include <stdexcept>

int main() {
    try {
        std::string str = "abc";  
        long long num = std::stoll(str);
        std::cout << "转换结果: " << num << std::endl;
    } catch (const std::invalid_argument& e) {
        std::cerr << "错误: 无效的数字字符串 -> " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出：

错误: 无效的数字字符串 -> stol

4.2 数值超出 long long 范围

如果字符串表示的数值超出 long long 的范围，std::stoll 会抛出 std::out_of_range 异常：

#include <iostream>
#include <string>
#include <climits>

int main() {
    try {
        std::string str = "999999999999999999999";  
        long long num = std::stoll(str);
        std::cout << "转换结果: " << num << std::endl;
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        std::cerr << "错误: 数值超出范围 -> " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出：

错误: 数值超出范围 -> stol

5. std::stoll 相关函数

6. 结论

• std::stoll 是 std::strtoll 的封装，支持进制转换，并可转换为 long long 类型，适用于更大的整数范围。
• 提供 pos 参数记录转换位置。
• 可能抛出 std::invalid_argument 和 std::out_of_range 异常。
• 若数值更大，使用 std::stoll，若适用于 long 类型的数值，则使用 std::stol。