越界的简单解决方案:让符号位参与运算,并合理利用 INT_MAX/10

众所周知,这道题逻辑并不复杂,只是要判断结果是否出界却有点让人手忙脚乱,这里给出以下两种情景的解决方案(若有发现缺漏之处,望及时指出纠正!):

  1. 能够处理最小负数:-2147483648
  2. 判断是否超出最小负数 ~ 最大正数的范围

一、关于最小负数:从true、false到 -1、1
一般而言,我们习惯性地使用 bool 类型来表示数字是否为负数(标志位 isNegtive),并在计算过程中使用正数来表示中间结果,只有在最后一步才根据标志 isNegtive 将结果取负,这样一样,因为最大正数的绝对值小于最小负数绝对值,所以当值为 INT_MIN 时,将导致结果出错

事实上, 只要将正负标志的类型由 bool 类型改成 int 类型,当符号为正时,标志为1,符号为负时,标志为 -1,从而使正负标志位可以参与到运算过程中去,就可以巧妙地解决这一问题,:

  • 原先中间值的计算:value = value * 10 + digit;
  • 此时中间值的计算:value = value * 10 + isNegtive * digit;

如此一来,当数值为负时,中间结果也为负,并执行的是减法操作,就可以取得 -2147483648 的值
而当数值为正时,中间结果为正,执行的是加法操作。

二、关于数值越界:合理利用 INT_MAX/10
数值越界,即大于 2147483647,或小于 -2147483648。通过观察程序结构,我们发现,每次循环时 value 的值都会扩大10倍(乘以10),那么,我们是否就可以利用 INT_MAX/10 的值来提前一步判断是否会越界呢?这里我们以正数的越界为例进行解释:

  • 当 value > INT_MAX/10 时,说明本轮扩大10倍后,value 必将越界(超过 INT_MAX);
  • 当 value == INT_MAX/10 时,说明扩大10倍后,value 可能越界,也可能不越界,需要利用当前的加数 digit 来进行进一步的判断:当 digit > 7 时(以正数为例),越界;
  • 否则,当 value < INT_MAX/10 时,本轮循环必不越界(扩大10倍后也小于 INT_MAX);

三、将正数、负数的越界判断合并起来:
为了保证代码简洁高效,这里我们不得不寻求一种方法,使正数、负数的越界判断可以合并起来进行(同样,这里我们也利用了数值化的正负标记位 isNegtive):
我们设置一个变量 overValue 来表示当前的值和 INT_MAX/10 的差,因为 INT_MAX/10 为正数,所以当当前值为负数时,需要统一转化为正数,故而有:

overValue = isNegtive*value - INT_MAX/10;

这样,当 overValue > 0 时,越界,overValue < 0 时,不越界,而当 overValue == 0 时:
正数时(isNegtive == 1),digit > 7 越界,负数时(isNegtive == -1),digit > 8 越界,通过 (isNegtive+1)/2 来将 -1、1转换为0、1,从而使有关 digit 的判断统一转化为:

  • 当 (isNegtive+1)/2 + digit > 8 时,数值越界;

综上,令:

overValue = isNegtive*value - INT_MAX/10
          + (((isNegtive+1)/2 + digit > 8) ? 1:0);

则当 overValue > 0 时,数值将会越界,反之,则不会

如此便解决了数值越界的问题,下附程序运行效果和最终代码:

程序输出

代码如下:

class Solution {
public:
    int StrToInt(string str) {
        const int length = str.length();
        int isNegtive = 1, overValue = 0;
        int digit = 0, value = 0;

        if (length == 0) return 0;
        else {
            int idx = 0;
            if (str[0] == '-') { isNegtive = -1; idx = 1;}
            else if (str[0] == '+') {idx = 1;}

            for (; idx<length; idx++) {
                digit = str[idx]-'0';
                // overValue表示本轮循环是否会越界
                overValue = isNegtive*value - INT_MAX/10
                          + (((isNegtive+1)/2 + digit > 8) ? 1:0);

                if (digit<0 || digit>9) return 0;
                else if (overValue > 0) return 0;

                value = value*10 + isNegtive*digit;
            }
            return value;
        }
    }
};