字符串转化成整数

字符串转换成整数——从源码学习

字符串转换成整数：输入一个表示整数的字符串，把该字符串转换成整数并输出，例如输入字符串”345”，则输出整数345。

在笔试面试中，atoi 即「字符串转换成整数」是一个经典问题了，此题无关算法，考察的更多是编码能力和细节考虑能力。因此自己就动手写了下，写完之后，打开 JDK 的源码想看看大牛是怎么写的，所谓「站在巨人的肩膀上」，果然还是有很多有意思的东西的。

首先，实现的思路是扫描整个字符串，扫描到当前字符时，将之前的结果乘以10加上当前字符代表的数字。

思路是很简单，但是有很多细节需要考虑，也是本题考查的重点。

1. 开头可能会有 ‘+’ 和 ‘-‘，表示整数的正负。
2. 字符串为 null 或是空（””）呢？
3. 字符串中包含非数字的字符
4. 只有一个 “+” 或 “-“ 字符呢？
5. 最后就是溢出问题。先放出我的代码吧！

public static int atoi(String s) throws Exception {
    if (s == null || s.length() == 0) {
        throw new Exception("illegal number input");
    }
    final int MAX_DIV = Integer.MAX_VALUE / 10;
    final int MIN_DIV = -(Integer.MIN_VALUE / 10);
    final int MAX_M = Integer.MAX_VALUE % 10;
    final int MIN_M = - (Integer.MIN_VALUE % 10);
    int result = 0;
    int i = 0, len = s.length();
    int sign = 1;
    int digit = s.charAt(0);            //当前字符
    if (digit == '-' || digit == '+') {
        if (digit == '-') {
            sign = -1;
        }
        if (len == 1) {
            throw new Exception("illegal number input");
        }
        i++;
    }
    while (i < len) {
        digit = s.charAt(i++) - '0';
        if (digit >= 0 && digit <= 9) {
            if (sign > 0 && (result > MAX_DIV || (result == MAX_DIV && digit > MAX_M))) { // 正数溢出
                throw new Exception("number overflow");
            } else if (sign < 0 && (result > MIN_DIV || (result == MIN_DIV && digit > MIN_M))) { //负数溢出
                throw new Exception("number overflow");
            }
            result = result * 10 + digit;
        } else {
            throw new Exception("illegal number input");
        }
    }
    return sign > 0 ? result : -result;
}

上述代码中对于一些非法输入都做了异常处理，主要需要看的地方是溢出的判断。

一般判断溢出会这样判断 digit > INT_MAX - result*10 （先不考虑正负问题），但是这段代码是有问题的。

我们知道INT_MAX = 2147483647， 如果输入的字符串是2147483657，那么执行到最后一位时，会有 result*10 = 2147483650 > INT_MAX，此时已经溢出，所以答案必然出错。

在July的博客中提到比较好的解决方法是用除法和取模。

• 先用 result 与 INT_MAX /10 进行比较： 若 result > INT_MAX/10（当然同时还要考虑 result=INT_MAX/10 的情况）， 说明最终得到的整数一定会溢出， 故此时可以当即进行溢出处理，从而也就免去了计算 result*10 这一步骤。
• 当 result=INT_MAX/10 时，若 digit > INT_MAX%10，说明 result*10+digit 最终还是会溢出，也直接当溢出处理。

比如，对于正数来说，溢出有两种可能：

1. 一种是诸如 2147483650，即 result > MAX/10 的；
2. 一种是诸如 2147483649，即 result == MAX/10 && digit > MAX%10 的。

由于INT_MAX = 2147483647 而 INT_MIN = -2147483648，两者绝对值不相等。因此，正负数溢出的条件不一样，代码中用了两个条件来判断溢出情况。

再来学习下 JDK 中 parseInt 的实现吧！

/*
 * Integer 类中的 parseInt 函数
 * Copyright (c) 1994, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
 */
public static int parseInt (String s) throws NumberFormatException {
    return parseInt(s,10);
}
public static int parseInt(String s, int radix)
            throws NumberFormatException
{
    /*
     * WARNING: This method may be invoked early during VM initialization
     * before IntegerCache is initialized. Care must be taken to not use
     * the valueOf method.
     */
    if (s == null) {
        throw new NumberFormatException( "null");        //判断null的情况
    }
    if (radix < Character. MIN_RADIX) {                  //转换的进制不能小于2
        throw new NumberFormatException( "radix " + radix +
                                        " less than Character.MIN_RADIX");
    }
    if (radix > Character. MAX_RADIX) {               //转换的进制不能大于36
        throw new NumberFormatException( "radix " + radix +
                                        " greater than Character.MAX_RADIX");
    }
    int result = 0;                    //对应整数结果
    boolean negative = false;          //保存整数的正负状态
    int i = 0, len = s.length();
    int limit = -Integer. MAX_VALUE;     //合法数字的上限（下限）
    int multmin;                         //在做乘法计算时能走到的合法上限（下限）
    int digit;     //当前字符对应的数字
    if (len > 0) {
        char firstChar = s.charAt(0);
        if (firstChar < '0') { // Possible leading "+" or "-"
            if (firstChar == '-') {
                negative = true;
                limit = Integer. MIN_VALUE;
            } else if (firstChar != '+')
                throw NumberFormatException. forInputString(s);
            if (len == 1) //不能只有一个"+"或者"-"
                throw NumberFormatException. forInputString(s);
            i++;
        }
        multmin = limit / radix;
        while (i < len) {
            // Accumulating negatively avoids surprises near MAX_VALUE
            digit = Character. digit(s.charAt(i++),radix);     //以指定的进制转换整数字符
            if (digit < 0) {                                   //不能是非数字
                throw NumberFormatException. forInputString(s);
            }
            if (result < multmin) {                         //判断溢出
                throw NumberFormatException. forInputString(s);
            }
            result *= radix;
            if (result < limit + digit) {
                throw NumberFormatException. forInputString(s);
            }
            result -= digit;
        }
    } else {     //字符串不能为""，即长度要大于0
        throw NumberFormatException. forInputString(s);
    }
    return negative ? result : -result;
}

可以看到parseInt(String s)函数调用了parseInt(String s, int radix)，源码中参数的检查，异常输入的判断都非常全面。可以说严谨和巧妙是这段程序最大的特点。比较难懂的可能是溢出判断那一段。

if (result < multmin) {                         //判断溢出
    throw NumberFormatException. forInputString(s);
}
result *= radix;
if (result < limit + digit) {
    throw NumberFormatException. forInputString(s);
}
result -= digit;

其实与上文的溢出判断思想是差不多的， 只不过可以发现 JDK 将所有的整数先当做负数来处理了，这有什么妙处呢？

我们知道有符号 int 的上下限是-2147483648 ~ 2147483647，可见负数表达的范围比正数多一个，这样就好理解为什么在开头要把 limit 全部表达为负数（下限）。这样的操作减少了后续的判断，可以一步到位，相当于二者选择取其大一样，大的包含了小的，不用像我的代码一样正负数情况都判断一次。同理，那么 multmin 也都是负数了，而且可以认为是只和进制参数 radix 有关系。在这里 multmin 就是-INT_MAX/10，当负数时就是INT_MIN/10。所以与上文类似，第一个条件就是若-result < -INT_MAX/10则是溢出。不满足第一个条件的情况下，result*10肯定不会溢出了。所以第二个条件判断若 - result*10 < -INT_MAX + digit，则是溢出。

比如对于最大的负数来说，当扫描到最后一位时，result = -214748364，multmin=-214748364
第一个条件result < multmin不满足， 执行result *= radix之后，result = -2147483640
第二个条件result < limit + digit，即 -2147483640<-2147483648+8 也不满足条件。
所以正常输出。