0008-字符串转换整数 (atoi)

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：

1. 读入字符串并丢弃无用的前导空格
2. 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。
3. 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。
4. 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）。
5. 如果整数数超过 32 位有符号整数范围 [−231, 231 − 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 −231 的整数应该被固定为 −231 ，大于 231 − 1 的整数应该被固定为 231 − 1 。
6. 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。
第 1 步："42"（当前没有读入字符，因为没有前导空格）
         ^
第 2 步："42"（当前没有读入字符，因为这里不存在 '-' 或者 '+'）
         ^
第 3 步：" _42_ "（读入 "42"）
           ^
解析得到整数 42 。
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：**
第 1 步：" _ ****_ -42"（读入前导空格，但忽视掉）
            ^
第 2 步："   _**-**_ 42"（读入 '-' 字符，所以结果应该是负数）
             ^
第 3 步："   _**-42**_ "（读入 "42"）
               ^
解析得到整数 -42 。
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：**
第 1 步："4193 with words"（当前没有读入字符，因为没有前导空格）
         ^
第 2 步："4193 with words"（当前没有读入字符，因为这里不存在 '-' 或者 '+'）
         ^
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）
             ^
解析得到整数 4193 。
由于 "4193" 在范围 [-231, 231 - 1] 内，最终结果为 4193 。

提示：

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

视频题解

简述

根据问题的描述我们来判断并且描述对应的解题方法。对于这道题目，很明显是字符串的转化问题。需要明确转化规则，尽量根据转化规则编写对应的子函数。

这里我们要进行模式识别，一旦涉及整数的运算，我们需要注意溢出。本题可能产生溢出的步骤在于推入、乘以 $10$ 操作和累加操作都可能造成溢出。对于溢出的处理方式通常可以转换为 INT_MAX 的逆操作。比如判断某数乘以 $10$ 是否会溢出，那么就把该数和 INT_MAX 除以 $10$ 进行比较。

文字题解

方法一：自动机

思路

字符串处理的题目往往涉及复杂的流程以及条件情况，如果直接上手写程序，一不小心就会写出极其臃肿的代码。

因此，为了有条理地分析每个输入字符的处理方法，我们可以使用自动机这个概念：

我们的程序在每个时刻有一个状态 s，每次从序列中输入一个字符 c，并根据字符 c 转移到下一个状态 s'。这样，我们只需要建立一个覆盖所有情况的从 s 与 c 映射到 s' 的表格即可解决题目中的问题。

算法

本题可以建立如下图所示的自动机：

我们也可以用下面的表格来表示这个自动机：

	‘ ‘	+/-	number	other
start	start	signed	in_number	end
signed	end	end	in_number	end
in_number	end	end	in_number	end
end	end	end	end	end

接下来编程部分就非常简单了：我们只需要把上面这个状态转换表抄进代码即可。

另外自动机也需要记录当前已经输入的数字，只要在 s' 为 in_number 时，更新我们输入的数字，即可最终得到输入的数字。

[sol1-Python3]

INT_MAX = 2 ** 31 - 1
INT_MIN = -2 ** 31

class Automaton:
    def __init__(self):
        self.state = 'start'
        self.sign = 1
        self.ans = 0
        self.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'],
        }
        
    def get_col(self, c):
        if c.isspace():
            return 0
        if c == '+' or c == '-':
            return 1
        if c.isdigit():
            return 2
        return 3

    def get(self, c):
        self.state = self.table[self.state][self.get_col(c)]
        if self.state == 'in_number':
            self.ans = self.ans * 10 + int(c)
            self.ans = min(self.ans, INT_MAX) if self.sign == 1 else min(self.ans, -INT_MIN)
        elif self.state == 'signed':
            self.sign = 1 if c == '+' else -1

class Solution:
    def myAtoi(self, str: str) -> int:
        automaton = Automaton()
        for c in str:
            automaton.get(c)
        return automaton.sign * automaton.ans

[sol1-C++]

class Automaton {
    string state = "start";
    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"}}
    };

    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;
    }
};

[sol1-Java]

class Solution {
    public int myAtoi(String str) {
        Automaton automaton = new Automaton();
        int length = str.length();
        for (int i = 0; i < length; ++i) {
            automaton.get(str.charAt(i));
        }
        return (int) (automaton.sign * automaton.ans);
    }
}

class Automaton {
    public int sign = 1;
    public long ans = 0;
    private String state = "start";
    private Map<String, String[]> table = new HashMap<String, String[]>() {{
        put("start", new String[]{"start", "signed", "in_number", "end"});
        put("signed", new String[]{"end", "end", "in_number", "end"});
        put("in_number", new String[]{"end", "end", "in_number", "end"});
        put("end", new String[]{"end", "end", "end", "end"});
    }};

    public void get(char c) {
        state = table.get(state)[get_col(c)];
        if ("in_number".equals(state)) {
            ans = ans * 10 + c - '0';
            ans = sign == 1 ? Math.min(ans, (long) Integer.MAX_VALUE) : Math.min(ans, -(long) Integer.MIN_VALUE);
        } else if ("signed".equals(state)) {
            sign = c == '+' ? 1 : -1;
        }
    }

    private int get_col(char c) {
        if (c == ' ') {
            return 0;
        }
        if (c == '+' || c == '-') {
            return 1;
        }
        if (Character.isDigit(c)) {
            return 2;
        }
        return 3;
    }
}

复杂度分析

• 时间复杂度：$O(n)$，其中 $n$ 为字符串的长度。我们只需要依次处理所有的字符，处理每个字符需要的时间为 $O(1)$。

• 空间复杂度：$O(1)$。自动机的状态只需要常数空间存储。