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Golang 中整数转字符串的方法

整形转字符串经常会用到，本文讨论一下 Golang 提供的这几种方法。基于 go1.10.1

fmt.Sprintf

fmt 包应该是最常见的了，从刚开始学习 Golang 就接触到了，写 ‘hello, world' 就得用它。它还支持格式化变量转为字符串。

func Sprintf(format string, a ...interface{}) string
Sprintf formats according to a format specifier and returns the resulting string.
fmt.Sprintf("%d", a)

%d 代表十进制整数。

strconv.Itoa

func Itoa(i int) string
Itoa is shorthand for FormatInt(int64(i), 10).
strconv.Itoa(a)

strconv.FormatInt

func FormatInt(i int64, base int) string
FormatInt returns the string representation of i in the given base, for 2 = base = 36. The result uses the lower-case letters ‘a' to ‘z' for digit values >= 10.

参数 i 是要被转换的整数， base 是进制，例如2进制，支持2到36进制。

strconv.Format(int64(a), 10)

Format 的实现

[0, 99)的两位整数

对于小的（小于等于100）十进制正整数有加速优化算法：

if fastSmalls  0 = i  i  nSmalls  base == 10 {
 return small(int(i))
}

加速的原理是提前算好100以内非负整数转换后的字符串。

const smallsString = "00010203040506070809" +
 "10111213141516171819" +
 "20212223242526272829" +
 "30313233343536373839" +
 "40414243444546474849" +
 "50515253545556575859" +
 "60616263646566676869" +
 "70717273747576777879" +
 "80818283848586878889" +
 "90919293949596979899"

可以看出来，转换后的结果是从1到99都有，而且每个结果只占两位。当然个人数的情况还得特殊处理，个位数结果只有一位。

func small(i int) string {
 off := 0
 if i  10 {
  off = 1
 }
 return smallsString[i*2+off : i*2+2]
}

如果被转换的数字是个位数，那么偏移量变成了1，默认情况是0。

只支持2到36进制的转换。36进制是10个数字加26个小写字母，超过这个范围无法计算。

var a [64 + 1]byte

整形最大64位，加一位是因为有个符号。转换计算时，要分10进制和非10进制的情况。

10进制转换

10进制里，两位两位转换，为什么这么干？两位数字时100以内非负整数转换可以用上面的特殊情况加速。很有意思。

us := uint(u)
for us >= 100 {
 is := us % 100 * 2
 us /= 100
 i -= 2
 a[i+1] = smallsString[is+1]
 a[i+0] = smallsString[is+0]
}

2、4、8、16、32进制的转换。

const digits = "0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"

var shifts = [len(digits) + 1]uint{
  1  1: 1,
  1  2: 2,
  1  3: 3,
  1  4: 4,
  1  5: 5,
}

if s := shifts[base]; s > 0 {
 // base is power of 2: use shifts and masks instead of / and %
 b := uint64(base)
 m := uint(base) - 1 // == 1s - 1
 for u >= b {
 i--
 a[i] = digits[uint(u)m]
 u >>= s
 }
 // u  base
 i--
 a[i] = digits[uint(u)]
}

通过循环求余实现。进制的转换也是这种方式。

for u >= b {
  i--
  a[i] = uint(u)m
  u >>= s
}

上面的代码实现了进制的转换。而 digits[uint(u)m] 实现了转换后的结果再转成字符。

常规情况

b := uint64(base)
for u >= b {
 i--
 q := u / b
 a[i] = digits[uint(u-q*b)]
 u = q
}
// u  base
i--
a[i] = digits[uint(u)]

依然是循环求余来实现。这段代码更像是给人看的。和上面2的倍数的进制转换的区别在于，上面的代码把除法 / 换成了右移（ >> ） s 位，把求余 % 换成了逻辑与操作。

Sprintf 的实现

switch f := arg.(type) {
  case bool:
    p.fmtBool(f, verb)
  case float32:
    p.fmtFloat(float64(f), 32, verb)
  case float64:
    p.fmtFloat(f, 64, verb)
  case complex64:
    p.fmtComplex(complex128(f), 64, verb)
  case complex128:
    p.fmtComplex(f, 128, verb)
  case int:
    p.fmtInteger(uint64(f), signed, verb)
  ...
}

判断类型，如果是整数 int 类型，不需要反射，直接计算。支持的都是基础类型，其它类型只能通过反射实现。

Sprintf 支持的进制只有10 %d 、16 x 、8 o 、2 b 这四种，其它的会包 fmt: unknown base; can't happen 异常。

switch base {
case 10:
 for u >= 10 {
 i--
 next := u / 10
 buf[i] = byte('0' + u - next*10)
 u = next
 }
case 16:
 for u >= 16 {
 i--
 buf[i] = digits[u0xF]
 u >>= 4
 }
case 8:
 for u >= 8 {
 i--
 buf[i] = byte('0' + u7)
 u >>= 3
 }
case 2:
 for u >= 2 {
 i--
 buf[i] = byte('0' + u1)
 u >>= 1
 }
default:
 panic("fmt: unknown base; can't happen")
}

2、8、16进制和之前 FormatInt 差不多，而10进制的性能差一些，每次只能处理一位数字，而不像 FormatInt 一次处理两位。

性能对比

var smallInt = 35
var bigInt = 999999999999999

func BenchmarkItoa(b *testing.B) {
  for i := 0; i  b.N; i++ {
    val := strconv.Itoa(smallInt)
    _ = val
  }
}

func BenchmarkItoaFormatInt(b *testing.B) {
  for i := 0; i  b.N; i++ {
    val := strconv.FormatInt(int64(smallInt), 10)
    _ = val
  }
}

func BenchmarkItoaSprintf(b *testing.B) {
  for i := 0; i  b.N; i++ {
    val := fmt.Sprintf("%d", smallInt)
    _ = val
  }
}

func BenchmarkItoaBase2Sprintf(b *testing.B) {
  for i := 0; i  b.N; i++ {
    val := fmt.Sprintf("%b", smallInt)
    _ = val
  }
}

func BenchmarkItoaBase2FormatInt(b *testing.B) {
  for i := 0; i  b.N; i++ {
    val := strconv.FormatInt(int64(smallInt), 2)
    _ = val
  }
}

func BenchmarkItoaBig(b *testing.B) {
  for i := 0; i  b.N; i++ {
    val := strconv.Itoa(bigInt)
    _ = val
  }
}

func BenchmarkItoaFormatIntBig(b *testing.B) {
  for i := 0; i  b.N; i++ {
    val := strconv.FormatInt(int64(bigInt), 10)
    _ = val
  }
}

func BenchmarkItoaSprintfBig(b *testing.B) {
  for i := 0; i  b.N; i++ {
    val := fmt.Sprintf("%d", bigInt)
    _ = val
  }
}

压测有三组对比，小于100的情况，大数字的情况，还有二进制的情况。

BenchmarkItoa-8         300000000     4.58 ns/op    0 B/op    0 allocs/op
BenchmarkItoaFormatInt-8     500000000     3.07 ns/op    0 B/op    0 allocs/op
BenchmarkItoaBase2Sprintf-8   20000000     86.4 ns/op    16 B/op    2 allocs/op
BenchmarkItoaBase2FormatInt-8  50000000     30.2 ns/op    8 B/op    1 allocs/op
BenchmarkItoaSprintf-8      20000000     83.5 ns/op    16 B/op    2 allocs/op
BenchmarkItoaBig-8        30000000     44.6 ns/op    16 B/op    1 allocs/op
BenchmarkItoaFormatIntBig-8   30000000     43.9 ns/op    16 B/op    1 allocs/op
BenchmarkItoaSprintfBig-8    20000000    108 ns/op    24 B/op    2 allocs/op