std::stoi是否真的安全可靠？

Question

我曾与某人愉快地谈论过std::stoi的缺陷。坦率地说，它在内部使用std::strtol，并且如果std::strtol报告错误，则抛出异常。然而，根据他们的说法，std::strtol对于"abcxyz"这样的输入不应报告错误，这导致stoi不会抛出std::invalid_argument。

首先，在GCC上测试了关于这些情况的行为的两个程序：
strtol
stoi

它们都显示"123"的成功和"abc"的失败。

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我查阅了标准以获取更多信息：

§ 21.5

Throws: invalid_argument if strtol, strtoul, strtoll, or strtoull reports that  
no conversion could be performed. Throws out_of_range if the converted value is  
outside the range of representable values for the return type.

这概括了依赖strtol的行为。那么strtol呢？在C11草案中，我发现了以下内容：

§7.22.1.4

If the subject sequence is empty or does not have the expected form, no  
conversion is performed; the value of nptr is stored in the object  
pointed to by endptr, provided that endptr is not a null pointer.

在传递"abc"的情况下，C标准规定指向字符串开头的nptr将被存储在传递的指针endptr中。这似乎与测试结果一致。同样，应该返回0，如下所述：

§7.22.1.4

If no conversion could be performed, zero is returned.

之前的参考资料表示不会执行任何转换，因此必须返回0。这些条件现在符合C++11标准，使得 stoi 抛出 std::invalid_argument 异常。

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对我来说，这个结果很重要，因为我不想去推荐使用 stoi 作为字符串转换成整数的更好选择，或者像它按照你所期望的那样工作一样使用它，如果它没有将文本捕获为无效转换。

经过所有这些后，我是否有什么地方做错了？在我的看来，我有这个异常被抛出的充分证据。我的证明是否有效，或者当给定 "abc" 时，std::stoi 是否保证会抛出该异常?

- chris

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stoi的问题在于它可以成功地将 "123abc" 转为整数，这意味着它大多数时候都是无用的，除非你提供并检查结束索引参数。这使得它比 strtol 更难使用，因为你需要同时检查结束索引和捕获异常。 - interjay

@chris：我期望它会像boost::lexical_cast一样抛出异常。最常见的用例是当您想要转换整个字符串时，而stoi/l/ll需要大量样板代码来完成这项工作（或将其包装在函数中，也可以使用strtol完成）。 sto*的实现方式更加强大，但与strto*相比并没有提供任何优势。 - interjay

顺便提一下，“cin >> someInt”和“cin >> someString; someInt = stoi(someString);”不是相同的。如果输入为“123abc”，第一个版本将保留“abc”在流中，而第二个版本将默默地丢弃它。 - interjay

@interjay，是的，我明白你的观点，尤其如果这就是boost所做的。当我说“相同”时，我指的是整数的结果；我并没有考虑比较中的流。 - chris

James Kanze 是一个聪明的人，但聪明人也会犯错。你的错误是在截图中忘记了一个地方对他的名字进行审查。他的错误是忘记了即使 abcdef 使 strtol 返回 0，strtol 也必须报告返回 0 的原因是转换失败，所以 stoi 必须抛出其异常。但是，由于像 123abc 这样的情况，我仍然认为 stoi 是不安全的。 - Windows programmer

Answer 1

std::stoi 在输入"abcxyz"时会抛出错误吗？

会。

我认为你的困惑可能来自于 strtol 从不报告除了溢出之外的错误。它可以报告没有执行转换，但在C标准中，这从未被称为错误条件。

strtol 被所有三个C标准以类似的方式定义，我会省略无聊的细节，但基本上它定义了一个“主体序列”，该序列是与实际数字相对应的输入字符串的子字符串。以下四个条件是等价的：

• 主体序列具有预期形式（用简单的英语表述：它是一个数字）
• 主体序列非空
• 已进行转换
• *endptr != nptr（仅在endptr非空时才有意义）

当溢出时，仍然认为已进行转换。

现在，很明显，因为"abcxyz"不包含数字，所以字符串"abcxyz"的主体序列必须为空，因此不能执行任何转换。以下的 C90/C99/C11 程序将通过实验证实：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char *nptr = "abcxyz", *endptr[1];
    strtol(nptr, endptr, 0);
    if (*endptr == nptr)
        printf("No conversion could be performed.\n");
    return 0;
}

这意味着任何符合标准的std::stoi实现，当没有提供可选基数参数时，给定输入"abcxyz"必须抛出invalid_argument异常。

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这是否意味着std::stoi具有令人满意的错误检查功能？

不是的。当你使用std::strtol之后执行完整的检查errno == 0 && end != start && *end=='\0'时，你会发现她所说的话是正确的，因为std::stoi会默默地去除字符串中从第一个非数字字符开始的所有字符。

事实上，我能想到唯一一个其本地转换行为与std::stoi相似的语言是JavaScript，但即使如此，你也必须使用parseInt(n,10)强制使用十进制，以避免十六进制数字的特殊情况：

input      |  std::atoi       std::stoi      Javascript      full check 
===========+=============================================================
hello      |  0               error          error(NaN)      error      
0xygen     |  0               0              error(NaN)      error      
0x42       |  0               0              66              error      
42x0       |  42              42             42              error      
42         |  42              42             42              42         
-----------+-------------------------------------------------------------
languages  |  Perl, Ruby,     Javascript     Javascript      C#, Java,  
           |  PHP, C...       (base 10)                      Python...  

注意：不同编程语言在处理空格和多余的加号方面也有所不同。

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好的，那么我想要完整的错误检查，我应该使用什么？

我不知道有没有内置函数可以做到这一点，但是boost::lexical_cast<int>可以满足你的需求。它特别严格，因为它甚至拒绝周围的空格，与Python的int()函数不同。请注意，无效字符和溢出会导致相同的异常，即boost::bad_lexical_cast。

#include <boost/lexical_cast.hpp>

int main() {
    std::string s = "42";
    try {
        int n = boost::lexical_cast<int>(s);
        std::cout << "n = " << n << std::endl;
    } catch (boost::bad_lexical_cast) {
        std::cout << "conversion failed" << std::endl;
    }
}

- Generic Human

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是的，在Javascript中，== 在比较之前执行类型强制转换，以防有人在阅读此内容时感到困惑。 - Almo

为什么在C语言的表格中有std:atoi？我认为那应该是C++的。 - RedX

欢迎来到 C/C++ 标准库的奇妙世界：总是会有一小部分拼图缺失。 - Generic Human

你是否忘记了std::stoi有一个可选的第二个参数，可以报告不能被转换的输入字符串中第一个字符的索引位置？依我看，这意味着该函数确实执行了完整的错误检查。 - antred

感谢您提供详细、写得很好的答案！关于boost不接受空格的进一步评论，我们能否提到先修剪字符串是将数字解析为字符串的一个好方法？我认为boost的想法是让路，但确保他们的库中不存在意外行为。从某种意义上说，从“32 seymour street”中获取32可能是好的，因此如果您需要使用stoi，但如果您想基于字符串完全是数字运行一些逻辑，请使用像boost这样的库，并确保您提供了经过分别消毒的字符串。 - MrMesees