字符串转换整数 (atoi)

简介: 实现一个 `atoi` 函数,用于将字符串转换成整数。函数首先去除字符串前导空格,然后根据首个非空字符(正/负号或数字)决定转换规则,最终生成一个有符号整数。若字符串无效或超出 32 位有符号整数范围,则返回 0 或边界值(`INT_MAX` 或 `INT_MIN`)。示例包括处理前导空格、正负号、多余字符及超范围值等情形。

请你来实现一个 atoi 函数,使其能将字符串转换成整数。
首先,该函数会根据需要丢弃无用的开头空格字符,直到寻找到第一个非空格的字符为止。接下来的转化规则如下:
如果第一个非空字符为正或者负号时,则将该符号与之后面尽可能多的连续数字字符组合起来,形成一个有符号整数。
假如第一个非空字符是数字,则直接将其与之后连续的数字字符组合起来,形成一个整数。
该字符串在有效的整数部分之后也可能会存在多余的字符,那么这些字符可以被忽略,它们对函数不应该造成影响。
注意:假如该字符串中的第一个非空格字符不是一个有效整数字符、字符串为空或字符串仅包含空白字符时,则你的函数不需要进行转换,即无法进行有效转换。
在任何情况下,若函数不能进行有效的转换时,请返回 0 。
提示:
本题中的空白字符只包括空格字符 ' ' 。
假设我们的环境只能存储 32 位大小的有符号整数,那么其数值范围为 [−231, 231 − 1]。如果数值超过这个范围,请返回 INT_MAX (231 − 1) 或 INT_MIN (−231) 。

示例 1:
输入: "42"
输出: 42
示例 2:
输入: " -42"
输出: -42
解释: 第一个非空白字符为 '-', 它是一个负号。
我们尽可能将负号与后面所有连续出现的数字组合起来,最后得到 -42 。
示例 3:
输入: "4193 with words"
输出: 4193
解释: 转换截止于数字 '3' ,因为它的下一个字符不为数字。
示例 4:
输入: "words and 987"
输出: 0
解释: 第一个非空字符是 'w', 但它不是数字或正、负号。
因此无法执行有效的转换。
示例 5:
输入: "-91283472332"
输出: -2147483648
解释: 数字 "-91283472332" 超过 32 位有符号整数范围。
因此返回 INT_MIN (−2^31) 。
根据示例 1,需要去掉前导空格;
根据示例 2,需要判断第 1 个字符为 + 和 - 的情况,因此,可以设计一个变量 sign,初始化的时候为 1,如果遇到 - ,将 sign 修正为 -1;
判断是否是数字,可以使用字符的 ASCII 码数值进行比较,即 0 <= c <= '9';
根据示例 3 和示例 4 ,在遇到第 1 个不是数字的字符的情况下,转换停止,退出循环;
根据示例 5,如果转换以后的数字超过了 int 类型的范围,需要截取。这里不能将结果 res 变量设计为 long 类型,注意:由于输入的字符串转换以后也有可能超过 long 类型,因此需要在循环内部就判断是否越界,只要越界就退出循环,这样也可以减少不必要的计算;
由于涉及下标访问,因此全程需要考虑数组下标是否越界的情况。
特别注意:
1、由于题目中说「环境只能保存 32 位整数」,因此这里在每一轮循环之前先要检查乘以 1010 以后是否溢出,具体细节请见编码。
2、Java 、Python 和 C++ 字符串的设计都是不可变的,即使用 trim() 会产生新的变量,因此我们尽量不使用库函数,使用一个变量 index 去做遍历,这样遍历完成以后就得到转换以后的数值。
Java
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public class Solution {
char[] charArray = str.toCharArray();

    // 1、去除前导空格(即找到第一个非空格字符串脚标,以便后续判断是不是+-号)
    int index = 0;
    while (index < len && charArray[index] == ' ') {
        index++;
    }

    // 2、如果已经遍历完成(针对极端用例全是空格的 "      ")
    if (index == len) {
        return 0;
    }

    // 3、如果出现符号字符,仅第 1 个有效,并记录正负
    int sign = 1;

    // 第一个非空字符
    char firstChar = charArray[index];
    if (firstChar == '+') {
        index++;
    } else if (firstChar == '-') {
        index++;
        sign = -1;
    }

    // 4、将后续出现的数字字符进行转换
    // 不能使用 long 类型,这是题目说的
    int res = 0;
    while (index < len) {
        char currChar = charArray[index];
        // 4.1 先判断不合法的情况(必须是0-9的数字)
        if (currChar > '9' || currChar < '0') {
            break;
        }

        // 题目中说:环境只能存储 32 位大小的有符号整数,因此,需要提前判:断乘以 10 以后是否越界
        if (res > Integer.MAX_VALUE / 10 || (res == Integer.MAX_VALUE / 10 && (currChar - '0') > Integer.MAX_VALUE % 10)) {
            return Integer.MAX_VALUE;
        }
        if (res < Integer.MIN_VALUE / 10 || (res == Integer.MIN_VALUE / 10 && (currChar - '0') > -(Integer.MIN_VALUE % 10))) {
            return Integer.MIN_VALUE;
        }

        // 4.2 合法的情况下,才考虑转换,每一步都把符号位乘进去
        res = res * 10 + sign * (currChar - '0');
        index++;
    }
    return res;
}

public static void main(String[] args) {
    Solution solution = new Solution();
    String str = "2147483646";
    int res = solution.myAtoi(str);
    System.out.println(res);

    System.out.println(Integer.MAX_VALUE);
    System.out.println(Integer.MIN_VALUE);
}

}

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