32位有符号整数_(Trivial)LeetCode 8—字符串转化为整数(atoi)

前言

首先，正式庆祝这是我在知乎专栏写作的第 20 篇题解（这里的下标从 1 开始）。当然，我本地库存的题解，还要比发布出来的多一倍。

关键字：字符串，状态机

归航return：(Trivial) LeetCode 6—Z 字形变换zhuanlan.zhihu.com

归航return：(Trivial) LeetCode 46—全排列zhuanlan.zhihu.com

Problem

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 [−2^31, 2^31 − 1]。如果数值超过这个范围，请返回 INT_MAX (2^31 − 1) 或 INT_MIN (−2^31) 。

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) 。

8. 字符串转换整数 (atoi) - 力扣（LeetCode）leetcode-cn.com

Solution

这道题目也没有很 tricky 的东西，完全就是需要自己足够细心来处理问题。关于这个问题，我的思路是这样的：

（1）维护一个最终结果是负数还是非负数的 int 变量，和一个存储所有数字的 queue，容器的 instantiation 是 char 类型；

（2）逐个扫描字符串中的元素，直到字符串被扫描完毕，或者遇到了第一个一定不合法的字符（不是数字，空格，或者正负号）；

（3）如果扫描过程中第一次遇到了数字，空格，或者正负号，那么意味着之后的合法字符必须全部是数字，因此将 queue 中插入一个 0，或者是这个数字本身，用来表明这个更高的合法性要求（使用 queue 非空作为是否需要使用这个合法性要求的条件），而且如果是负号，应该将上述的非负数变量 flag 记作 -1，之后将所有的数字加入队列中来；

if (numQueue.empty())

（4）得到所有数字之后，维护一个 string 类型，将 queue 中的数字字符变成数字字符串，这里需要将开头的 0 去掉，因此维护一个 bool 变量来标记是否遇到过非零的数；

（5）第（4）步中得到的 string 就是以字符串形式存储的要求的整数的绝对值，根据非负数和负数的情况分别判定是否可能溢出，如果溢出就返回极端值，否则就将这个 string 从左到右地转化为整数即可，这里还需要一个模拟人类比较两个非负整数大小的辅助函数：

bool isFormerNumericallyBiggerThanLatter(const string &s1,const string &s2);

综上所述，代码如下：

class Solution {public:int myAtoi(string str) {if (str.size() == 0)return 0;int res = 0;int isPositive = 1;queue<char>numQueue;for (int i = 0; i < str.size(); ++i){if (!mayBePossible(str[i])){break;}else{if (numQueue.empty()){if (str[i] == ' '){continue;}else if (str[i] == '-'){isPositive = -1;numQueue.push('0');}else if (str[i] == '+'){numQueue.push('0');}else if (isdigit(str[i])){numQueue.push(str[i]);}}else{if (!isdigit(str[i])){break;}elsenumQueue.push(str[i]);}}}bool isFirstNonZeroEmerged = 0;string resInString;while (!numQueue.empty()){if (isFirstNonZeroEmerged){resInString += numQueue.front();numQueue.pop();}else{if (numQueue.front() != '0'){isFirstNonZeroEmerged = 1;resInString += numQueue.front();}numQueue.pop();}}if (isPositive == 1 && isFormerNumericallyBiggerThanLatter(resInString, "2147483647"))return INT_MAX;if (isPositive==-1 && isFormerNumericallyBiggerThanLatter(resInString, "2147483648"))return INT_MIN;for (const char &ch:resInString){res = 10*res + isPositive*(ch-'0');}return res;}
private:bool mayBePossible(const char &ch){return (isdigit(ch) || ch == ' ' || ch == '-' || ch=='+');}bool isFormerNumericallyBiggerThanLatter(const string &s1, const string &s2){if (s1.size() != s2.size()){return s1.size() > s2.size();}for (int i = 0; i < s1.size(); ++i){if (s1[i] != s2[i])return s1[i] > s2[i];}return false;}
};

这个解法的耗时是 4ms，打败了 82.47% 的 C++ 提交。

在官方题解中还给出了一种使用状态机的思想写出来的代码，虽然耗时比我这种各种 if else 要长（20ms，打败了 8% 的 C++ 提交），而且使用了 long long 类型，但是可读性比我的明显要好，值得学习。

首先维护了一个 table 用来存储状态，分为四种：start 代表空格，signed 代表遇到了正负号，in_number 代表某个是数字，end 代表转化到了尾部状态了，容易观察到这几个状态的状态转移关系，结果在下方这个 unordered_map 中。和有些长度固定的 unordered_map 问题一样，这道题目也可以使用二维 int 数组来代替 unordered_map 来优化时间，但我就不狗尾续貂了，关键是学习这种思想。

复制代码如下：

class Automaton {string state = "start";//int state = 0;unordered_map<string, vector<string>> table = {{"start", {"start", "signed", "in_number", "end"}},{"signed", {"end", "end", "in_number", "end"}},{"in_number", {"end", "end", "in_number", "end"}},{"end", {"end", "end", "end", "end"}}};/*const int table[4][4] = {{0,1,2,3},{3,3,2,3},{3,3,2,3},{3,3,3,3}}; //use a 2-dimensional array to represent the unordered map in the official solution*/int get_col(char c) {if (isspace(c)) return 0;if (c == '+' or c == '-') return 1;if (isdigit(c)) return 2;return 3;}
public:int sign = 1;long long ans = 0;void get(char c) {state = table[state][get_col(c)];if (state == "in_number") {ans = ans * 10 + c - '0';ans = sign == 1 ? min(ans, (long long)INT_MAX) : min(ans, -(long long)INT_MIN);}else if (state == "signed")sign = c == '+' ? 1 : -1;}
};class Solution {public:int myAtoi(string str) {Automaton automaton;for (char c : str){automaton.get(c);}    return automaton.sign * automaton.ans;}
};

这个思路的 Java 实现：

class Solution {public int myAtoi(String str) {int curState = 0;int isPositive = 1;long res = 0;for (int i = 0; i < str.length(); ++i){char ch = str.charAt(i);curState = state[curState][getState(ch)];if (curState == 1){isPositive = (ch == '+') ? 1 : -1;}if (curState == 2){res *= 10L;res += ch-'0';if (res >= -(long)(Integer.MIN_VALUE))break;/*If the absolute value of result is more than -INT_MIN, the result must be overflowed.*/}if (curState == 3){break;}}res *= isPositive;if (res >= Integer.MAX_VALUE){return Integer.MAX_VALUE;}else if (res <= Integer.MIN_VALUE){return Integer.MIN_VALUE;}return res;}final private int [][] state = {{0,1,2,3},{3,3,2,3},{3,3,2,3},{3,3,3,3}};/* 0 for beginning, 1 for the sign(positive or negative),
2 for digits, 3 for terminating further input.*/private int getState(char ch){if (ch == ' '){return 0;}else if (ch == '+' || ch == '-'){return 1;}else if (isDigit(ch)){return 2;}return 3;}
}

和 C++ 语法不一样的几个点：

C++ 中求 string 的长度可以用 str.size() 或者 str.length()，但 Java 中必须使用 str.length()；
C++ 中获得字符串某个位置的结果可以使用 str.operator[]() 函数或者 str.at() 函数，区别在于前者不加入越界检查，后者会强制进行越界检查，但 Java 仅仅支持 str.charAt() 函数，且越界检查是强制的；
C++ 遍历一个 string 可以使用 range-based for loop：char ch : str ，但 Java 不允许（我尝试这么做编译错误）；
C++ 的int 类型最大值是 INT_MAX，而 Java 是 Integer.MAX_VALUE，C++ 中判定一个字符是否是数字可以直接 isdigit(ch)（包含在 <cctype> 这个头文件中），但 Java 的用法是 Character.isDigit(ch)，前面的 Character 不可省略；
C++ 中允许 long 类型到 int 的隐式类型转换—当然更好的做法是：static_cast<int>(someLongVariable)，但 Java 中必须直接指出这一点，Java 不做说明的情况下只允许 implicit type casting，向上转换，而不允许 implicit type conversion 向下转换。

EOF。