引言
cinttypes 是 C++对 inttypes.h 头文件的封装，里面封装了一系列宏定义，用于 C 语言 printf 和 scanf 函数的 format 打印，封装了一些函数，用于 str 类型转换为 xxmax_t 类型。我们来一起看看具体的实现。
inttypes.h
代码参考：http://www.aospxref.com/android-12.0.0_r3/xref/bionic/libc/include/inttypes.h
宏定义
基础前缀定义
这里根据平台（32/64）分别定义了 64 位打印和指针打印的前缀，与前一篇文章中一致，64 位机器用 long，32 位机器需要 long long，值得注意的是，32 位下面的指针前缀为空
25 #ifdef __LP64__26 #define __PRI_64_prefix "l"27 #define __PRI_PTR_prefix "l"28 #else29 #define __PRI_64_prefix "ll"30 #define __PRI_PTR_prefix31 #endif32 #define __PRI_FAST_prefix __PRI_PTR_prefix
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有符号整数输出定义
通常有符号整数用'%d'、'%i'打印，其中'%jd','%ji'分别表示 intmax_t，代码如下：
50 /* fprintf macros for signed integers */51 #define PRId8 "d" /* int8_t */52 #define PRId16 "d" /* int16_t */53 #define PRId32 "d" /* int32_t */54 #define PRId64 __PRI_64_prefix"d" /* int64_t */55 56 #define PRIdLEAST8 "d" /* int_least8_t */57 #define PRIdLEAST16 "d" /* int_least16_t */58 #define PRIdLEAST32 "d" /* int_least32_t */59 #define PRIdLEAST64 __PRI_64_prefix"d" /* int_least64_t */60 61 #define PRIdFAST8 "d" /* int_fast8_t */62 #define PRIdFAST16 __PRI_FAST_prefix"d" /* int_fast16_t */63 #define PRIdFAST32 __PRI_FAST_prefix"d" /* int_fast32_t */64 #define PRIdFAST64 __PRI_64_prefix"d" /* int_fast64_t */65 66 #define PRIdMAX "jd" /* intmax_t */67 #define PRIdPTR __PRI_PTR_prefix"d" /* intptr_t */68 69 #define PRIi8 "i" /* int8_t */70 #define PRIi16 "i" /* int16_t */71 #define PRIi32 "i" /* int32_t */72 #define PRIi64 __PRI_64_prefix"i" /* int64_t */73 74 #define PRIiLEAST8 "i" /* int_least8_t */75 #define PRIiLEAST16 "i" /* int_least16_t */76 #define PRIiLEAST32 "i" /* int_least32_t */77 #define PRIiLEAST64 __PRI_64_prefix"i" /* int_least64_t */78 79 #define PRIiFAST8 "i" /* int_fast8_t */80 #define PRIiFAST16 __PRI_FAST_prefix"i" /* int_fast16_t */81 #define PRIiFAST32 __PRI_FAST_prefix"i" /* int_fast32_t */82 #define PRIiFAST64 __PRI_64_prefix"i" /* int_fast64_t */83 84 #define PRIiMAX "ji" /* intmax_t */85 #define PRIiPTR __PRI_PTR_prefix"i" /* intptr_t */
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无符号整数输出定义
因为无符号整数可以被'%o'（8 进制），'%u'(10 进制)，'%x'(16 进制小写字母),'%X'(16 进制大写字母)修饰，再加上最大值修饰'j'，所以定义的宏如下（展示 %o 的，其余类似）：
87 /* fprintf macros for unsigned integers */88 #define PRIo8 "o" /* int8_t */89 #define PRIo16 "o" /* int16_t */90 #define PRIo32 "o" /* int32_t */91 #define PRIo64 __PRI_64_prefix"o" /* int64_t */92 93 #define PRIoLEAST8 "o" /* int_least8_t */94 #define PRIoLEAST16 "o" /* int_least16_t */95 #define PRIoLEAST32 "o" /* int_least32_t */96 #define PRIoLEAST64 __PRI_64_prefix"o" /* int_least64_t */97 98 #define PRIoFAST8 "o" /* int_fast8_t */99 #define PRIoFAST16 __PRI_FAST_prefix"o" /* int_fast16_t */100 #define PRIoFAST32 __PRI_FAST_prefix"o" /* int_fast32_t */101 #define PRIoFAST64 __PRI_64_prefix"o" /* int_fast64_t */102 103 #define PRIoMAX "jo" /* intmax_t */104 #define PRIoPTR __PRI_PTR_prefix"o" /* intptr_t */
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有符号整数输入定义
有输出符号就有输入符号，对应输出的处理基本相同，使用'%d'或'%i',不同的是，输出时，int8_t，int16_t，int32_t 都是使用'%d'输出，但是输入时，我们必须要增加修饰符：
160 /* fscanf macros for signed integers */161 #define SCNd8 "hhd" /* int8_t */162 #define SCNd16 "hd" /* int16_t */163 #define SCNd32 "d" /* int32_t */164 #define SCNd64 __PRI_64_prefix"d" /* int64_t */165 166 #define SCNdLEAST8 "hhd" /* int_least8_t */167 #define SCNdLEAST16 "hd" /* int_least16_t */168 #define SCNdLEAST32 "d" /* int_least32_t */169 #define SCNdLEAST64 __PRI_64_prefix"d" /* int_least64_t */170 171 #define SCNdFAST8 "hhd" /* int_fast8_t */172 #define SCNdFAST16 __PRI_FAST_prefix"d" /* int_fast16_t */173 #define SCNdFAST32 __PRI_FAST_prefix"d" /* int_fast32_t */174 #define SCNdFAST64 __PRI_64_prefix"d" /* int_fast64_t */175 176 #define SCNdMAX "jd" /* intmax_t */177 #define SCNdPTR __PRI_PTR_prefix"d" /* intptr_t */
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无符号整数输入定义
这里的输入定义也与有符号相同，需要用'h','hh'修饰，但是不同的是输入并不区分 16 进制大写或者小写，只定义了'x'的小写输入如下，其它的类似：
234 #define SCNx8 "hhx" /* uint8_t */235 #define SCNx16 "hx" /* uint16_t */236 #define SCNx32 "x" /* uint32_t */237 #define SCNx64 __PRI_64_prefix"x" /* uint64_t */238 239 #define SCNxLEAST8 "hhx" /* uint_least8_t */240 #define SCNxLEAST16 "hx" /* uint_least16_t */241 #define SCNxLEAST32 "x" /* uint_least32_t */242 #define SCNxLEAST64 __PRI_64_prefix"x" /* uint_least64_t */243 244 #define SCNxFAST8 "hhx" /* uint_fast8_t */245 #define SCNxFAST16 __PRI_FAST_prefix"x" /* uint_fast16_t */246 #define SCNxFAST32 __PRI_FAST_prefix"x" /* uint_fast32_t */247 #define SCNxFAST64 __PRI_64_prefix"x" /* uint_fast64_t */248 249 #define SCNxMAX "jx" /* uintmax_t */250 #define SCNxPTR __PRI_PTR_prefix"x" /* uintptr_t */
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结构体定义
定义了一个除法的结构体，里面保存了商值和余数值，用来做后面的函数处理
252 typedef struct {253 intmax_t quot; /* quotient */254 intmax_t rem; /* remainder */255 } imaxdiv_t;
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函数定义
257 __BEGIN_DECLS258 intmax_t imaxabs(intmax_t __i) __attribute_const__ __INTRODUCED_IN(19);259 imaxdiv_t imaxdiv(intmax_t __numerator, intmax_t __denominator) __attribute_const__ __INTRODUCED_IN(19);260 intmax_t strtoimax(const char* __s, char** __end_ptr, int __base);261 uintmax_t strtoumax(const char* __s, char** __end_ptr, int __base);262 intmax_t wcstoimax(const wchar_t* __s, wchar_t** __end_ptr, int __base) __INTRODUCED_IN(21);263 uintmax_t wcstoumax(const wchar_t* __s, wchar_t** __end_ptr, int __base) __INTRODUCED_IN(21);264 __END_DECLS
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imaxabs---返回绝对值
实现方法非常简单，判断是否大于 0，大于 0 返回原值，小于 0 返回相反数。
//http://www.aospxref.com/android-12.0.0_r3/xref/bionic/libc/upstream-openbsd/lib/libc/stdlib/imaxabs.c34 intmax_t35 imaxabs(intmax_t j)36 {37 return (j < 0 ? -j : j);38 }
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imaxdiv---返回除法结果（有商有余数）
实现方法：使用整数除法'/'求商，模运算'%'求余数注意：因为这里是有符号整数的除法，所以要考虑出现负数的情况，如果被除数大于等于 0，计算后的余数小于 0，那么我们要将商值加 1，从余数中减去除数，即最后要保证输出的余数是正数。最后返回对应的结构体，如下：
//http://www.aospxref.com/android-12.0.0_r3/xref/bionic/libc/upstream-openbsd/lib/libc/stdlib/imaxdiv.c36 imaxdiv_t37 imaxdiv(intmax_t num, intmax_t denom)38 {39 imaxdiv_t r;40 41 /* see div.c for comments */42 43 r.quot = num / denom;44 r.rem = num % denom;45 if (num >= 0 && r.rem < 0) {46 r.quot++;47 r.rem -= denom;48 }49 return (r);50 }
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strtoimax---输入 str 返回对应的 int 值，等价于 intmax_t 的 strtol 函数
这里调用了一个模板函数来实现，模板参数为类型，该类型的最小值，最大值
//http://www.aospxref.com/android-12.0.0_r3/xref/bionic/libc/bionic/strtol.cpp174 intmax_t strtoimax(const char* s, char** end, int base) {175 return StrToI<intmax_t, INTMAX_MIN, INTMAX_MAX>(s, end, base);176 }
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详细分析一下模板函数
36 template <typename T, T Min, T Max> T StrToI(const char* nptr, char** endptr, int base) {
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入参：const char* nptr 为待转换的 str,char** endptr 为最后转换结束指向的字符指针，int base 为进制
37 // Ensure that base is between 2 and 36 inclusive, or the special value of 0.38 if (base < 0 || base == 1 || base > 36) {39 if (endptr != nullptr) *endptr = const_cast<char*>(nptr);40 errno = EINVAL;41 return 0;42 }
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检查输入的进制是否有效，如果小于 0 或者等于 1 或者大于 36,视为异常的进制，此时将 endptr 赋值为输入 nptr 首字符(如果外部输入了不为空的指针记录这个值的情况下)；
44 // Skip white space and pick up leading +/- sign if any.45 // If base is 0, allow 0x for hex and 0 for octal, else46 // assume decimal; if base is already 16, allow 0x.47 const char* s = nptr;48 int c;49 do {50 c = *s++;51 } while (isspace(c));
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跳过前面的空格符号，直到遇到非空格符；
52 int neg;53 if (c == '-') {54 neg = 1;55 c = *s++;56 } else {57 neg = 0;58 if (c == '+') c = *s++;59 }
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开始检测符号，检测到'-'标记 neg 值然后记录指针 s 调到下一个，检测到'+'也同理；
60 if ((base == 0 || base == 16) && c == '0' && (*s == 'x' || *s == 'X') && isxdigit(s[1])) {61 c = s[1];62 s += 2;63 base = 16;64 }
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开始检测 16 进制，如果是 0 进制（默认值）或者 16 进制，而且当前字符（c 指向的）是'0'和下一个（s 指向的），是'x'或'X'，而且再下一个字符（s[1]）是 16 进制里面的字符，那么就跳过两个检测（即字符'0x'）,标识为 16 进制；
65 if (base == 0) base = (c == '0') ? 8 : 10;
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如果上一部检测 16 进制不是，那么如果当前的字符为'0'，那就设定为 8 进制，否则，一律认为是 10 进制；
67 // We always work in the negative space because the most negative value has a68 // larger magnitude than the most positive value.69 T cutoff = Min / base;70 int cutlim = -(Min % base);
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因为负数表示比整数多一个数，如-128 到 127,我们在负数域上面进行计算，使用最小值除以进制数，得到商值 cutoff 和余数的负数 cutlim
71 // Non-zero if any digits consumed; negative to indicate overflow/underflow.72 int any = 0;73 T acc = 0;74 for (; ; c = *s++) {75 if (isdigit(c)) {76 c -= '0';77 } else if (isalpha(c)) {78 c -= isupper(c) ? 'A' - 10 : 'a' - 10;79 } else {80 break;81 }82 if (c >= base) break;83 if (any < 0) continue;84 if (acc < cutoff || (acc == cutoff && c > cutlim)) {85 any = -1;86 acc = Min;87 errno = ERANGE;88 } else {89 any = 1;90 acc *= base;91 acc -= c;92 }93 }
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使用 any 记录，acc 记录最终的结果，开始遍历这一串字符（已经除去了正负号，进制表示）；如果是数字那么 c 就减去字符'0'得到具体的数值，如果是字母，那就判断是大写还是小写，相应的减去('A'-10)或（'a'-10）得到了具体的数值，其它符号的话就停止循环遍历，识别结束。
每次循环拿到的数值 c 其实就是数字最高位上面的表示，如果 c>=base，说明这个字符表示超过了可以表示的进制，也直接结束；
如果 any 值小于 0,说明在上一次的判断中，acc 值已经小于了 cutoff，即乘以对应的进制之后一定会突破最小值，或者(acc == cutoff && c > cutlim)，本次操作完之后也会出现突破最小值的情况，所以直接将 acc 置为最小值，置错位标志为超出限制。
如果 any 值大于 0,说明上一次乘法可以继续累乘。如 128 十进制,acc 的处理如下：
acc = 0;
检测 c = 1; acc = acc*10 = 0; acc = acc - c = 0 - 1 = -1;
检测 c = 2; acc = acc*10 = -10; acc = acc - c = -12;
检测 c = 8; acc = acc10 = -120; acc = acc - c = -128;不同于我们正常的(((110)+2)10)+8 = 128，这里使用的是(((-110)-2)*10)-8 = -128
94 if (endptr != nullptr) *endptr = const_cast<char*>(any ? s - 1 : nptr);95 if (!neg) {96 if (acc == Min) {97 errno = ERANGE;98 acc = Max;99 } else {100 acc = -acc;101 }102 }103 return acc;104 }
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最后就是检测对应的结果：如果需要保存最后的指针，先 check any 值（是否越界），越界的话直接返回 nptr 指针，否则返回 s 的前一个（因为 s 是被移到下一个字符之后检测了才发现失效的，所以最后一个字符是上一个）；然后检测符号，如果是负数，那么就要处理好越界的情况，置为 Max，然后赋值 errno,对应的取反即可，最后返回对应值就好。
strtoumax---等价于 uintmax_t 的 strtoul
使用无符号的模板函数进行处理，流程基本与 strtoimax 一致，只是这里使用的是(((1*10)+2)*10)+8 = 128 这样的方式，而且没有最小值，只有最大值，可以参照代码进行相应的分析。注意：这个函数你买了也是区分了+/-符号的，也就是说输入字符串‘-128’最后在模板函数里面最后的 acc 取反也是可以得到 acc 等于-128 的，但是因为返回参数为 uintmax_t,那就会将-128(补码表示 1000 0000)解释为 unsigned 类型的数据也即是 128(源码表示 1000 0000)
197 uintmax_t strtoumax(const char* s, char** end, int base) {198 return StrToU<uintmax_t, UINTMAX_MAX>(s, end, base);199 }
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模板函数
106 template <typename T, T Max> T StrToU(const char* nptr, char** endptr, int base) {107 if (base < 0 || base == 1 || base > 36) {108 if (endptr != nullptr) *endptr = const_cast<char*>(nptr);109 errno = EINVAL;110 return 0;111 }112 113 const char* s = nptr;114 int c;115 do {116 c = *s++;117 } while (isspace(c));118 int neg;119 if (c == '-') {120 neg = 1;121 c = *s++;122 } else {123 neg = 0;124 if (c == '+') c = *s++;125 }126 if ((base == 0 || base == 16) && c == '0' && (*s == 'x' || *s == 'X') && isxdigit(s[1])) {127 c = s[1];128 s += 2;129 base = 16;130 }131 if (base == 0) base = (c == '0') ? 8 : 10;132 133 T cutoff = Max / static_cast<T>(base);134 int cutlim = Max % static_cast<T>(base);135 T acc = 0;136 int any = 0;137 for (; ; c = *s++) {138 if (isdigit(c)) {139 c -= '0';140 } else if (isalpha(c)) {141 c -= isupper(c) ? 'A' - 10 : 'a' - 10;142 } else {143 break;144 }145 if (c >= base) break;146 if (any < 0) continue;147 if (acc > cutoff || (acc == cutoff && c > cutlim)) {148 any = -1;149 acc = Max;150 errno = ERANGE;151 } else {152 any = 1;153 acc *= base;154 acc += c;155 }156 }157 if (neg && any > 0) acc = -acc;158 if (endptr != nullptr) *endptr = const_cast<char*>(any ? s - 1 : nptr);159 return acc;160 }
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wcstoimax---等价于 intmax_t 的 wcstol
与上面的类似，只是输入为 w_char，实现方案类似，不再赘述
wcstoumax---等价于 uintmax_t 的 wcstoul
与上面的类似，只是输入为 w_char，实现方案类似，不再赘述
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