劍指offer-49、把字符串轉換成整數詳情 - 後端 sevencoding 博客

題⽬描述

請你來實現⼀個 myAtoi(string s) 函數，使其能將字符串轉換成⼀個 32 位有符號整數（類似C/C++ 中的 atoi 函數）。

函數 myAtoi(string s) 的算法如下：

讀⼊字符串並丟棄⽆⽤的前導空格
檢查下⼀個字符（假設還未到字符末尾）為正還是負號，讀取該字符（如果有）。確定最終結果是負數，還是正數。如果兩者都不存在，則假定結果為正。
讀⼊下⼀個字符，直到到達下⼀個⾮數字字符或到達輸⼊的結尾。字符串的其餘部分將被忽略。
將前⾯步驟讀⼊的這些數字轉換為整數（即，" 123 " -> 123 ， " 0032 " -> 32 ）。
如果沒有讀⼊數字，則整數為 0 。必要時更改符號（從步驟 2 開始）。
如果整數數超過 32 位有符號整數範圍 [−2^31, 2^(31 − 1)] ，需要截斷這個整數，使其保持在這個範圍內。具體來説，⼩於 −2^31 的整數應該被固定為 2^31 ，⼤於 2^(31 − 1) 的整數應該被固定為2^(31 − 1)
返回整數作為最終結果。

注意：

本題中的空⽩字符只包括空格字符 ' ' 。
除前導空格或數字後的其餘字符串外，請勿忽略任何其他字符。

示例1：
輸⼊：s = "42"
輸出：42
解釋：加粗的字符串為已經讀⼊的字符，插⼊符號是當前讀取的字符。

第 1 步："42"（當前沒有讀⼊字符，因為沒有前導空格）
第 2 步："42"（當前沒有讀⼊字符，因為這⾥不存在 '-' 或者 '+'）
第 3 步："42"（讀⼊ "42"）
解析得到整數 42 。
由於 "42" 在範圍 [-231, 231 - 1] 內，最終結果為 42 。

示例2：
輸⼊：s = " -42"
輸出：-42
解釋：

第 1 步：" -42"（讀⼊前導空格，但忽視掉）
第 2 步：" -42"（讀⼊ '-' 字符，所以結果應該是負數）
第 3 步：" -42"（讀⼊ "42"）
解析得到整數 -42 。
由於 "-42" 在範圍 [-231, 231 - 1] 內，最終結果為 -42 。

示例3：
輸⼊：s = "4193 with words"
輸出：4193
解釋：

第 1 步："4193 with words"（當前沒有讀⼊字符，因為沒有前導空格）
第 2 步："4193 with words"（當前沒有讀⼊字符，因為這⾥不存在 '-' 或者 '+'）
第 3 步："4193 with words"（讀⼊ "4193"；由於下⼀個字符不是⼀個數字，所以讀⼊停⽌）
解析得到整數 4193 。
由於 "4193" 在範圍 [-231, 231 - 1] 內，最終結果為 4193 。

示例4：
輸⼊：s = "words and 987"
輸出：0
解釋：

第 1 步："words and 987"（當前沒有讀⼊字符，因為沒有前導空格）
第 2 步："words and 987"（當前沒有讀⼊字符，因為這⾥不存在 '-' 或者 '+'）
第 3 步："words and 987"（由於當前字符 'w' 不是⼀個數字，所以讀⼊停⽌）
解析得到整數 0 ，因為沒有讀⼊任何數字。
由於 0 在範圍 [-231, 231 - 1] 內，最終結果為 0 。

示例5：
輸⼊：s = "-91283472332"
輸出：-2147483648
解釋：

第 1 步："-91283472332"（當前沒有讀⼊字符，因為沒有前導空格）
第 2 步："-91283472332"（讀⼊ '-' 字符，所以結果應該是負數）
第 3 步："-91283472332"（讀⼊ "91283472332"）
解析得到整數 -91283472332 。
由於 -91283472332 ⼩於範圍 [-231, 231 - 1] 的下界，最終結果被截斷為 -231 = -2147483648

提示：

0 <= s.length <= 200
s 由英⽂字⺟（⼤寫和⼩寫）、數字（0-9）、' '、'+'、'-' 和 '.' 組成

思路與解答

基礎遍歷法

這道題⽬看起來很⻓，但是實際上邏輯很清晰，就是將字符串解析成為數字，⾥⾯有⼏個特殊的則：

前⾯的空格去掉，不讀取
接下來的字符必須是數字，“ + ”號或者“ - ”號
1. 如果是“ + ”號或者“ - ”號，將符號記錄下來
2. 沒有符號默認是“ + ”號，正數。
接下來的字符必須是數字，遇到其他字符會直接結束
需要考慮溢出的問題

在將字符串轉換成數字的時候，⽤下⾯這句核⼼代碼：

sum = sum * 10 + (str.charAt(i) - '0');

但是在這個過程中，我們依然需要考慮數字溢出的問題，針對這種情況，我們可以在加和之前判斷，針對⼤於0的情況，如果⼤於最⼤值整除10，或者等於最⼤值整除10，但是個位數超過了，都直接返回0。

假設最⼤值是127，那麼sum如果⼤於12，肯定會超過，如果sum == 12，但是個位數⼤於7，乘以10相加，也肯定會超。

if (sum > Integer.MAX_VALUE/10 || (sum == Integer.MAX_VALUE / 10 &&
(str.charAt(i) - '0') > 7)) return 0;

對於⼩於0 的情況，假設最⼩值是-128 ，那麼sum 是數字部分 128 , 如果當前sum ⼤於 12 ，那麼就⼀定超出，或者sum == 12 ，但是個位數⼤於8 ，乘以10 ，相加也會⼤於128 ，不符合要求，所以直接返回0 。

if (sum < Integer.MIN_VALUE/10 || (sum == Integer.MIN_VALUE / 10 && x
(str.charAt(i) - '0') > 8)) return 0;

具體代碼實現：

public class Solution {
    public static int myAtoi(String str) {
        if (str == null) {
            return 0;
        }
        int i = 0;
        while (i < str.length() && str.charAt(i) == ' ') {
            i++;
        }
        if (i >= str.length() || (str.charAt(i) != '-' && str.charAt(i) != '+' && !((str.charAt(i) >= '0') &&
                (str.charAt(i) <= '9')))) {
            return 0;
        }
        int sign = 1;
        if (i < str.length() && (str.charAt(i) == '-' || i < str.length() &&
                str.charAt(i) == '+')) {
            sign = str.charAt(i) == '-' ? -1 : 1;
            i++;
        }
        int sum = 0;
        for (; i < str.length(); i++) {
            if (str.charAt(i) >= '0' && str.charAt(i) <= '9') {
                if (sign == 1) {
                    if (sum > Integer.MAX_VALUE / 10 || sum == Integer.MAX_VALUE / 10 && (str.charAt(i) - '0') > 7) {
                        return Integer.MAX_VALUE;
                    }
                } else {
                    if (sum > (Integer.MAX_VALUE) / 10 || sum ==
                        (Integer.MAX_VALUE) / 10 && (str.charAt(i) - '0') > 8) {
                        return Integer.MIN_VALUE;
                    }
                }
                sum = sum * 10 + (str.charAt(i) - '0');
            } else {
                return sum * sign;
            }
        }
        return sum * sign;
    }
}

時間複雜度為 O(n)
空間複雜度為 O(1)。

正則表達式

使用正則表達式來匹配數字模式，代碼更加簡潔

public class Solution {
    public int myAtoi(String s) {
        if (s == null) return 0;
        
        s = s.trim();
        if (s.length() == 0) return 0;
        
        // 使用正則表達式匹配數字模式：可選符號位+數字[3](@ref)
        Pattern pattern = Pattern.compile("^[+-]?\\d+");
        Matcher matcher = pattern.matcher(s);
        
        if (!matcher.find()) {
            return 0; // 沒有匹配到數字模式
        }
        
        String numStr = matcher.group();
        int sign = 1;
        int startIndex = 0;
        
        // 處理符號位
        if (numStr.charAt(0) == '+') {
            startIndex = 1;
        } else if (numStr.charAt(0) == '-') {
            sign = -1;
            startIndex = 1;
        }
        
        long result = 0; // 使用long防止轉換過程中溢出
        
        // 轉換數字部分
        for (int i = startIndex; i < numStr.length(); i++) {
            int digit = numStr.charAt(i) - '0';
            result = result * 10 + digit;
            
            // 檢查是否溢出int範圍
            if (sign == 1 && result > Integer.MAX_VALUE) {
                return Integer.MAX_VALUE;
            }
            if (sign == -1 && -result < Integer.MIN_VALUE) {
                return Integer.MIN_VALUE;
            }
        }
        
        return (int) result * sign;
    }
}

時間複雜度：O(n)，正則匹配和數字轉換都是線性時間
空間複雜度：O(n)，需要存儲匹配到的子字符串

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