在 C 語言中自由轉換十進位與十六進位！新手完整教學

1. 前言

數值的進位（基數）是什麼

本文的目的

2. C 語言將十進位轉換為十六進位的方法

使用 printf 函式的方法

基本範例

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255; // 十進位
    printf("%xn", number); // 小寫十六進位
    printf("%Xn", number); // 大寫十六進位
    return 0;
}

說明

• %x: 小寫十六進位表示
• %X: 大寫十六進位表示

• %x: ff
• %X: FF

對齊位數的方法

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255;
    printf("%04xn", number); // 以 4 位顯示
    return 0;
}

使用 sprintf 函式的方法

基本範例

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255;
    char buffer[10];
    sprintf(buffer, "%x", number);
    printf("16進数: %sn", buffer); // 以字串形式輸出
    return 0;
}

說明

手動轉換（使用位元運算）

實例程式碼

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    int number = 255;
    char hex[10];
    int i = 0;

    while (number > 0) {
        int remainder = number % 16;
        hex[i++] = (remainder < 10) ? '0' + remainder : 'A' + (remainder - 10);
        number /= 16;
    }
    hex[i] = '�';

    // 反轉字串
    for (int j = 0; j < i / 2; j++) {
        char temp = hex[j];
        hex[j] = hex[i - j - 1];
        hex[i - j - 1] = temp;
    }

    printf("16進数: %sn", hex);
    return 0;
}

說明

1. 使用 number % 16 計算餘數，並將其轉換為對應的十六進位字元。
2. 使用 number /= 16 更新商，以計算下一位。
3. 最後將字串反轉，以正確順序輸出。

3. C語言將十六進位轉換為十進位的方法

使用 scanf 函式的方法

基本範例

#include <stdio.h>

int main() {
    int number;
    printf("請輸入十六進位: ");
    scanf("%x", &number); // 以十六進位輸入接收
    printf("十進位: %dn", number); // 以十進位顯示
    return 0;
}

說明

1. 使用格式指定子 %x 可以接受十六進位輸入。
2. 輸入的值會被轉換為十進位，並儲存於變數 number 中。
3. 使用 printf 函式的 %d 來顯示十進位的值。

執行範例

注意事項

• 使用者輸入的值必須是十六進位格式（例如：FF、1A3）。
• 即使在前面加上「0x」也能正常處理（例如：0xFF）。

使用 strtol 函式的方法

基本範例

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

int main() {
    char hexString[] = "FF"; // 十六進位字串
    long number = strtol(hexString, NULL, 16); // 指定基數 16 進行轉換
    printf("十進位: %ldn", number);
    return 0;
}

說明

1. 在 strtol 函式的第1個參數中，指定要轉換的字串（此處為 hexString）。
2. 第2個參數是指向轉換後字串結尾的指標，這裡因未使用所以指定為 NULL。
3. 在第3個參數指定基數（此處為 16），即可將十六進位轉換為十進位。

執行範例

包含錯誤處理的 strtol 使用方法

含錯誤處理的範例

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

int main() {
    char hexString[] = "ZZZ"; // 無效的十六進位
    char *endptr;
    errno = 0; // 初始化錯誤

    long number = strtol(hexString, &endptr, 16);

    if (errno != 0 || *endptr != '�') {
        printf("無效的輸入。n");
    } else {
        printf("十進位: %ldn", number);
    }

    return 0;
}

說明

1. endptr 指向轉換結束的位置。如果有未被轉換的字元，*endptr 就不會是 '�'。
2. 檢查 errno 可以偵測到溢位或其他錯誤。
3. 若偵測到無效的輸入，則顯示錯誤訊息。

執行範例

手動轉換方法

實例程式碼

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>

int main() {
    char hexString[] = "FF";
    int length = strlen(hexString);
    int decimal = 0;

    for (int i = 0; i < length; i++) {
        char digit = hexString[i];
        int value;

        if (digit >= '0' && digit <= '9') {
            value = digit - '0';
        } else if (digit >= 'A' && digit <= 'F') {
            value = digit - 'A' + 10;
        } else if (digit >= 'a' && digit <= 'f') {
            value = digit - 'a' + 10;
        } else {
            printf("無效的字元。n");
            return 1;
        }

        decimal += value * pow(16, length - i - 1);
    }

    printf("十進位: %dn", decimal);
    return 0;
}

說明

1. 逐一解析每個字元，將其轉換為對應的十進位值。
2. 將位權（16 的次方）相乘後加總。

執行範例

4. 實作範例程式碼

雙向轉換程式

程式概述

1. 十進制轉十六進制
2. 十六進制轉十進制

程式碼範例

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

void decimalToHexadecimal() {
    int decimal;
    printf("請輸入十進制數字: ");
    scanf("%d", &decimal);
    printf("十六進制: %Xn", decimal);
}

void hexadecimalToDecimal() {
    char hex[20];
    printf("請輸入十六進制數字: ");
    scanf("%s", hex);

    // 檢查輸入字串的有效性
    for (int i = 0; i < strlen(hex); i++) {
        if (!isxdigit(hex[i])) {
            printf("無效的十六進位數字。n");
            return;
        }
    }

    int decimal = (int)strtol(hex, NULL, 16);
    printf("十進制: %dn", decimal);
}

int main() {
    int choice;

    while (1) {
        printf("n請選擇轉換選項:n");
        printf("1. 十進制轉十六進制n");
        printf("2. 十六進制轉十進制n");
        printf("3. 結束n");
        printf("選擇: ");
        scanf("%d", &choice);

        switch (choice) {
            case 1:
                decimalToHexadecimal();
                break;
            case 2:
                hexadecimalToDecimal();
                break;
            case 3:
                printf("程式結束。n");
                return 0;
            default:
                printf("無效的選擇。請再輸入一次。n");
        }
    }
    return 0;
}

執行範例

請選擇轉換選項:
1. 十進制轉十六進制
2. 十六進制轉十進制
3. 結束
選擇: 1
請輸入十進制數字: 255
十六進制: FF

請選擇轉換選項:
1. 十進制轉十六進制
2. 十六進制轉十進制
3. 結束
選擇: 2
請輸入十六進制數字: FF
十進制: 255

請選擇轉換選項:
1. 十進制轉十六進制
2. 十六進制轉十進制
3. 結束
選擇: 2
請輸入十六進制數字: ZZZ
無效的十六進位數字。

錯誤處理要點

對無效輸入的對策

1. 檢查十六進制輸入的有效性：

• 使用 isxdigit 函式，確認每個字元是否為有效的十六進位字元（0-9, A-F, a-f）。

1. 十進制輸入的錯誤處理：

• 若輸入非數字，顯示錯誤訊息並提示重新輸入。

防止無限迴圈

程式擴充建議

1. 二進制與八進制的轉換功能

• 新增可選擇進位的選單。

1. 指定位數以格式化轉換結果

• 加入以固定位數格式化輸出的選項。

1. 記錄至日誌檔案

• 將轉換結果保存為檔案日誌。

總結

5. 注意點與最佳實踐

使用格式指定子的注意事項

對齊位數的輸出

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255;
    printf("4位的十六進位: %04Xn", number); // 輸出: 00FF
    return 0;
}

• %04X: 輸出4位的大寫十六進位，不足的位元以0填補。
• 使用此格式可使格式對齊，實現易於閱讀的輸出。

大寫與小寫的選擇

輸入值的驗證

十進位的輸入

#include <stdio.h>

int main() {
    int number;
    printf("請輸入十進位: ");
    if (scanf("%d", &number) != 1) {
        printf("無效的輸入。n");
        return 1;
    }
    printf("輸入的值: %dn", number);
    return 0;
}

十六進位的輸入

#include <ctype.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int isValidHex(const char *hex) {
    for (int i = 0; i < strlen(hex); i++) {
        if (!isxdigit(hex[i])) {
            return 0; // 含有無效字元
        }
    }
    return 1; // 有效的十六進位
}

int main() {
    char hex[20];
    printf("請輸入十六進位: ");
    scanf("%s", hex);

    if (!isValidHex(hex)) {
        printf("無效的十六進位。n");
        return 1;
    }

    printf("輸入的十六進位是有效的。n");
    return 0;
}

負數與溢位的處理

負數的處理

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = -255;
    printf("十六進位（負數）: %Xn", number); // 輸出為二的補數表示
    return 0;
}

避免溢位

#include <limits.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("int 的最大值: %dn", INT_MAX);
    printf("int 的最小值: %dn", INT_MIN);
    return 0;
}

提升可讀性與維護性的技巧

註解與命名規則

• 為函式與變數命名有意義的名稱，並適當加入註解，可提升程式碼的可讀性。

善用標準函式

• 手動的基數轉換對學習有益，但在實務上，優先使用標準函式（printf、strtol 等）可提升程式碼的可維護性。

程式測試

測試案例的重要性

• 正常的輸入（例：十進位255 → 十六進位FF）
• 無效的輸入（例：將字串ABC作為十進位輸入）
• 邊界值（例：最大值INT_MAX、最小值INT_MIN）
• 負數或零的輸入

6. FAQ（常見問題）

printf函式在十六進位輸出前加上「0x」要怎麼做？

解答：

程式範例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 255;
    printf("十六進位（含0x）: 0xXn", number); // 輸出: 0xFF
    return 0;
}

補充說明：

使用 strtol 函式嘗試轉換無效字串會發生什麼情況？</3>

解答：

程式範例：

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

int main() {
    char hexString[] = "FFG12";
    char *endptr;
    long number = strtol(hexString, &endptr, 16);

    printf("轉換後的值: %ldn", number);
    printf("無法轉換的部分: %sn", endptr); // 輸出: G12
    return 0;
}

輸出範例：

轉換後的值: 255
無法轉換的部分: G12

不使用 printf 函式將十進位轉換為十進位要怎麼做？

解答：

程式範例：

#include <stdio.h>

void decimalToHex(int decimal) {
    char hex[20];
    int index = 0;

    while (decimal > 0) {
        int remainder = decimal % 16;
        hex[index++] = (remainder < 10) ? '0' + remainder : 'A' + (remainder - 10);
        decimal /= 16;
    }

    printf("十位: ");
    for (int i = index - 1; i >= 0; i--) {
        printf("%c", hex[i]);
    }
    printf("n");
}

int main() {
    int number = 255;
    decimalToHex(number);
    return 0;
}

使用 scanf 函式限制位數以接收輸入要怎麼做？

解答：

程式範例：

#include <stdio.h>

int main() {
    char hex[5]; // 接收最多4位的輸入
    printf("請輸入最多4位的十六進位數: ");
    scanf("%4s", hex);
    printf("輸入的值: %sn", hex);
    return 0;
}

補充說明：

其他進位（例如：二進位或八進位）的轉換？

解答：

程式範例：二進位轉換

#include <stdio.h>

void decimalToBinary(int decimal) {
    char binary[32];
    int index = 0;

    while (decimal > 0) {
        binary[index++] = (decimal % 2) + '0';
        decimal /= 2;
    }

    printf("二進位: ");
    for (int i = index - 1 i >= 0; i--) {
        printf("%c", binary[i]);
    }
    printf("n");
}

int main() int number = 255;
    decimalToBinary(number);
    return 0;
}

將大寫十六進位轉換為小寫要怎麼做？

解答：

程式範例：

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>

void toLowercase(char *hex) {
    for (int i = 0; i < strlen(hex); i++) {
        hex[i] = tolower(hex[i]);
    }
}

int main() {
    char hex[] = "FF";
    toLowercase(hex);
    printf("小寫的十六進位: %sn", hex);
    return 0;
}

輸出範例：

小寫的十六進位: ff

要以零填充的十六進位格式輸出要怎麼做？

解答：

程式範例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 15;
    printf("零填充4位的十六進位: %04Xn", number); // 輸出: 000F
    return 0;
}

7. 總結

文章要點

基數（進位制）的基本概念

• 十進制是我們日常使用的數字表示方式，十六進制則常用於特定用途（例如：記憶體位址或顏色代碼）。
• 在 C 語言中，提供了靈活的方式來以各種進位制處理數值。

從十進制轉換為十六進制

• 使用 printf 或 sprintf 函式，即可簡單且高效地進行轉換。
• 也介紹了利用位元運算的手動轉換方法，這對於理解進位制轉換的邏輯很有幫助。

從十六進制轉換為十進制

• 使用 scanf 或 strtol 函式，可將字串形式的十六進制轉換為十進制。
• 加入對無效輸入與錯誤處理，可製作更穩健的程式。

實作範例程式

• 透過雙向轉換程式，處理使用者輸入，實現十進制與十六進制的相互轉換。
• 說明了加入錯誤處理以應對錯誤輸入的方法。

注意事項與最佳實踐

• 說明了格式指定子的使用方式、大小寫的選擇等，如何調整輸出的外觀。
• 提醒注意負數與溢位，並強調徹底檢查型別選擇與範圍的重要性。

常見問題（FAQ）

• 針對實務疑問（例如：在 printf 中加上「0x」的方法、無效輸入的處理方式），提供具體範例說明。
• 也提及了向其他進位制（二進制或八進制）應用的方法。

閱讀本文可獲得的收穫

1. C 語言中基數轉換的基本概念與應用
2. 使用可執行程式碼實作進位制轉換
3. 包含輸入驗證與錯誤處理的穩健程式開發

未來學習的建議

• 其他進位制（二進制與八進制）的轉換方法
• 在非 C 語言的程式語言中實作基數轉換
• 與記憶體管理及二進位操作相關的知識