Leetcode算法题：字符串转换整数（atoi）

题解：实现 atoi 函数

题目描述：

实现一个 atoi 函数，能够将字符串转换为一个整数。该函数会忽略前导空格，并处理可选的符号（+ 或 -），直到遇到非数字字符为止。若字符串中的数字超出了 32 位带符号整数的范围，返回 Integer.MAX_VALUE 或 Integer.MIN_VALUE。

题目要求：

1. 只允许处理数字，符号（+ 或 -）以及空格字符。

2. 返回转换后的整数值。若遇到溢出情况，返回 Integer.MAX_VALUE 或 Integer.MIN_VALUE。

3. 对于无效输入（如字符串中没有数字），返回 0。

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解题思路：

1. 去除前导空格：

   • 根据题目要求，输入字符串可能包含前导空格。我们需要去除这些空格，直到遇到第一个有效字符（数字或符号）。

   • 通过一个 while 循环逐步遍历字符，直到找到第一个非空格字符，更新字符串的起始位置。

2. 处理符号位：

   • 在去除空格后，可能会遇到一个符号字符（+ 或 -）。如果遇到 -，我们需要记住这个符号，之后将转换后的结果乘以 -1。如果遇到 +，则继续处理下一个字符。

   • 注意：这里不能使用 for 循环，因为我们不应该扫描整个字符串中的每一个符号，应该只在符号字符后处理一次符号。

3. 解析数字：

   • 在处理完符号后，接下来解析字符串中的数字部分。遍历字符直到遇到非数字字符（如字母、空格等）。

   • 每遇到一个数字字符，就将其转换为对应的整数值（通过 charAt(i) - '0'）。然后将之前的数字结果乘以 10 并加上当前的数字。

4. 溢出检查：

   • 在数字解析过程中，需要时刻检查是否会发生溢出。具体来说，如果当前 num 已经大于 Integer.MAX_VALUE / 10，那么再乘以 10 就会溢出。如果 num 等于 Integer.MAX_VALUE / 10，那么还需要进一步检查当前数字是否大于 Integer.MAX_VALUE % 10，以确定是否溢出。

   • 若发生溢出，应该返回 Integer.MAX_VALUE 或 Integer.MIN_VALUE，具体取决于符号。

5. 返回结果：

   • 将解析出的数字乘上符号（mark）后返回结果。

代码实现：

class Solution {
    public int myAtoi(String s) {
        int mark = 1; // 标记符号，默认为正数
        int num = 0;  // 存储转换后的数字
        int i = 0;    // 遍历字符串的指针
        
        // 1. 去除前导空格
        while (i < s.length() && s.charAt(i) == ' ') {
            i++;
        }
        
        // 2. 如果字符串为空或仅包含空格，返回 0
        if (i == s.length()) {
            return 0;
        }
        
        // 3. 处理符号位
        if (s.charAt(i) == '-') {
            mark = -1;
            i++;
        } else if (s.charAt(i) == '+') {
            i++;
        }
        
        // 4. 解析数字部分
        while (i < s.length() && Character.isDigit(s.charAt(i))) {
            int digit = s.charAt(i) - '0';
            
            // 5. 检查是否发生溢出
            if (num > Integer.MAX_VALUE / 10 || (num == Integer.MAX_VALUE / 10 && digit > Integer.MAX_VALUE % 10)) {
                return mark == 1 ? Integer.MAX_VALUE : Integer.MIN_VALUE;
            }
            
            // 更新数字
            num = num * 10 + digit;
            i++;
        }
        
        // 6. 返回最终结果
        return num * mark;
    }
}

代码分析：

1. 去除前导空格：

   • 使用 while 循环检查字符串中的每个字符，直到遇到第一个非空格字符。这样，我们可以确保从有效字符开始解析。

2. 处理符号位：

   • 如果遇到 -，我们将 mark 设置为 -1，表示结果为负数。如果是 +，则继续处理。

   • 对符号的处理只需要一次，因此我们在符号后直接跳过。

3. 解析数字：

   • 每次遇到数字字符时，通过 charAt(i) - '0' 将字符转换为对应的数字，并累积到 num 变量中。这样就实现了逐位构建整数的功能。

4. 溢出检查：

   • 在每次更新 num 时，我们先检查是否会发生溢出。如果会溢出，直接返回 Integer.MAX_VALUE 或 Integer.MIN_VALUE。

5. 最终结果：

   • 处理完所有字符后，返回结果 num，并根据符号进行调整。

时间复杂度：

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是字符串 s 的长度。我们只遍历字符串一次，处理每个字符的时间是常数级别的。

• 空间复杂度：O(1)，我们只用了少量的额外空间来存储标记符号、数字结果和遍历指针。

边界情况：

• 输入为空或只有空格时，返回 0。

• 输入包含符号 + 或 - 时，正确解析符号。

• 输入中包含非数字字符时，忽略这些字符，只解析数字部分。

• 超过整数范围时，返回 Integer.MAX_VALUE 或 Integer.MIN_VALUE。

总结：

• 本题的关键是如何正确地处理前导空格、符号、数字部分的解析以及溢出检测。

• 通过分步实现每个功能，我们确保了代码的清晰和准确性，同时也考虑了所有可能的边界情况，如溢出、无效字符等。