剑指offer-49、把字符串转换成整数

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题⽬描述

请你来实现⼀个 myAtoi(string s) 函数，使其能将字符串转换成⼀个 32 位有符号整数（类似C/C++ 中的 atoi 函数）。

函数 myAtoi(string s) 的算法如下：

• 读⼊字符串并丢弃⽆⽤的前导空格
• 检查下⼀个字符（假设还未到字符末尾）为正还是负号，读取该字符（如果有）。 确定最终结果是负数，还是正数。 如果两者都不存在，则假定结果为正。
• 读⼊下⼀个字符，直到到达下⼀个⾮数字字符或到达输⼊的结尾。字符串的其余部分将被忽略。
• 将前⾯步骤读⼊的这些数字转换为整数（即，" 123 " -> 123 ， " 0032 " -> 32 ）。
• 如果没有读⼊数字，则整数为 0 。必要时更改符号（从步骤 2 开始）。
• 如果整数数超过 32 位有符号整数范围 [−2^31, 2^(31 − 1)] ，需要截断这个整数，使其保持在这个范围内。具体来说，⼩于 −2^31 的整数应该被固定为 2^31 ，⼤于 2^(31 − 1) 的整数应该被固定为2^(31 − 1)
• 返回整数作为最终结果。

注意：

• 本题中的空⽩字符只包括空格字符 ' ' 。
• 除前导空格或数字后的其余字符串外，请勿忽略 任何其他字符。

示例1：
输⼊：s = "42"
输出：42
解释：加粗的字符串为已经读⼊的字符，插⼊符号是当前读取的字符。

1. 第 1 步："42"（当前没有读⼊字符，因为没有前导空格）
2. 第 2 步："42"（当前没有读⼊字符，因为这⾥不存在 '-' 或者 '+'）
3. 第 3 步："42"（读⼊ "42"）
4. 解析得到整数 42 。
5. 由于 "42" 在范围 [-231, 231 - 1] 内，最终结果为 42 。

示例2：
输⼊：s = " -42"
输出：-42
解释：

1. 第 1 步：" -42"（读⼊前导空格，但忽视掉）
2. 第 2 步：" -42"（读⼊ '-' 字符，所以结果应该是负数）
3. 第 3 步：" -42"（读⼊ "42"）
4. 解析得到整数 -42 。
5. 由于 "-42" 在范围 [-231, 231 - 1] 内，最终结果为 -42 。

示例3：
输⼊：s = "4193 with words"
输出：4193
解释：

1. 第 1 步："4193 with words"（当前没有读⼊字符，因为没有前导空格）
2. 第 2 步："4193 with words"（当前没有读⼊字符，因为这⾥不存在 '-' 或者 '+'）
3. 第 3 步："4193 with words"（读⼊ "4193"；由于下⼀个字符不是⼀个数字，所以读⼊停⽌）
4. 解析得到整数 4193 。
5. 由于 "4193" 在范围 [-231, 231 - 1] 内，最终结果为 4193 。

示例4：
输⼊：s = "words and 987"
输出：0
解释：

1. 第 1 步："words and 987"（当前没有读⼊字符，因为没有前导空格）
2. 第 2 步："words and 987"（当前没有读⼊字符，因为这⾥不存在 '-' 或者 '+'）
3. 第 3 步："words and 987"（由于当前字符 'w' 不是⼀个数字，所以读⼊停⽌）
4. 解析得到整数 0 ，因为没有读⼊任何数字。
5. 由于 0 在范围 [-231, 231 - 1] 内，最终结果为 0 。

示例5：
输⼊：s = "-91283472332"
输出：-2147483648
解释：

1. 第 1 步："-91283472332"（当前没有读⼊字符，因为没有前导空格）
2. 第 2 步："-91283472332"（读⼊ '-' 字符，所以结果应该是负数）
3. 第 3 步："-91283472332"（读⼊ "91283472332"）
4. 解析得到整数 -91283472332 。
5. 由于 -91283472332 ⼩于范围 [-231, 231 - 1] 的下界，最终结果被截断为 -231 = -2147483648

提示：

• 0 <= s.length <= 200
• s 由英⽂字⺟（⼤写和⼩写）、数字（0-9）、' '、'+'、'-' 和 '.' 组成

思路与解答

基础遍历法

这道题⽬看起来很⻓，但是实际上逻辑很清晰，就是将字符串解析成为数字，⾥⾯有⼏个特殊的则：

1. 前⾯的空格去掉，不读取
2. 接下来的字符必须是数字，“ + ”号或者“ - ”号
   1. 如果是“ + ”号或者“ - ”号，将符号记录下来
   2. 没有符号默认是“ + ”号，正数。
3. 接下来的字符必须是数字，遇到其他字符会直接结束
4. 需要考虑溢出的问题

在将字符串转换成数字的时候，⽤下⾯这句核⼼代码：

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

但是在这个过程中，我们依然需要考虑数字溢出的问题，针对这种情况，我们可以在加和之前判断，针对⼤于0的情况，如果⼤于最⼤值整除10，或者等于最⼤值整除10，但是个位数超过了，都直接返回0。

假设最⼤值是127，那么sum如果⼤于12，肯定会超过，如果sum == 12，但是个位数⼤于7，乘以10相加，也肯定会超。

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

对于⼩于0 的情况，假设最⼩值是-128 ，那么sum 是数字部分 128 , 如果当前sum ⼤于 12 ，那么就⼀定超出，或者sum == 12 ，但是个位数⼤于8 ，乘以10 ，相加也会⼤于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;

具体代码实现：

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;
    }
}

• 时间复杂度为 O(n)
• 空间复杂度为 O(1)。

正则表达式

使用正则表达式来匹配数字模式，代码更加简洁

public class Solution {
    public int myAtoi(String s) {
        if (s == null) return 0;
        
        s = s.trim();
        if (s.length() == 0) return 0;
        
        // 使用正则表达式匹配数字模式：可选符号位+数字[3](@ref)
        Pattern pattern = Pattern.compile("^[+-]?\\d+");
        Matcher matcher = pattern.matcher(s);
        
        if (!matcher.find()) {
            return 0; // 没有匹配到数字模式
        }
        
        String numStr = matcher.group();
        int sign = 1;
        int startIndex = 0;
        
        // 处理符号位
        if (numStr.charAt(0) == '+') {
            startIndex = 1;
        } else if (numStr.charAt(0) == '-') {
            sign = -1;
            startIndex = 1;
        }
        
        long result = 0; // 使用long防止转换过程中溢出
        
        // 转换数字部分
        for (int i = startIndex; i < numStr.length(); i++) {
            int digit = numStr.charAt(i) - '0';
            result = result * 10 + digit;
            
            // 检查是否溢出int范围
            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;
    }
}

• 时间复杂度：O(n)，正则匹配和数字转换都是线性时间
• 空间复杂度：O(n)，需要存储匹配到的子字符串

文章来源:https://www.cnblogs.com/sevencoding/p/19316233
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