atoi函数实现

前言

我们都知道，atoi函数用于将一个字符串转换成整数。atoi函数看起来似乎很容易实现，你甚至可以很快写出一个版本，但是是否符合要求呢？

简易版本

最简单的考虑，就是遍历字符串，每遇到一个数字就加上原来的值乘以10。例如字符串“1234”转整数是这样的计算流程：

遇到字符1，得到结果1；
遇到字符2，得到结果1 * 10 + 2，即12；
遇到字符3，得到结果12 * 10 + 3，即123；
遇到字符4，得到结果123 * 10 + 4，即1234；

代码实现如下：

int my_atoi(const char *str)
{
    if(NULL == str)
        return 0;
    int ret = 0;
    while(0 != *str)
    {
        ret = ret * 10 + *str - '0';
        str++;
    }
    return ret;
}

看起来既简洁又没有什么问题，输入数值时也似乎能得到正确结果。真的是这样吗？如果传入以下字符串参数，会是什么结果呢？

"-1"
"+1"
"  "
"111111111111"
""
"1aab"

是不是发现并不是想象中的那样？那么实现atoi到底需要注意什么呢？

实现atoi函数需要注意什么

你可能已经注意到了，实现atoi需要考虑下面这些场景：

输入正负号
开头有空格
转换后的数值超出int的表示范围
出错时返回0与正确转换0的区别
输入非数字
空字符串

现在来看，前面的实现还能满足要求吗？

再次实现

那么重新考虑上面的要求，我们如何实现呢？我们需要考虑以下几种情况

如果开头是负号，则标记为负数；正号或数值，则标记为正数
跳过开头的空格，从第一个有效字符开始
使用更大类型存储计算值，如果负数比INT_MIN还小或正数比INT_MAX还大，则表明溢出，返回INT_MIN或INT_MAX，或者在下次计算之前与INT_MIN/10或INT_MAX/10比较
使用全局变量记录出错情况，区别正常转换为0或最大最小值
遇到非数值时即退出

根据上面这些考虑，我们重新实现代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <limits.h>
#define NULL_PTR_ERR 1
#define INPUT_ERR 2
#define ERANGE 3
int errCode = 0;
int my_atoi(char* str) {
    int negative = 0;
    int overflow = 0;
    int cutoff;
    int cutlim;

    /*计算结果存储*/
    int ret = 0;
    errCode = 0;
    if(NULL == str)
    {
        errCode = NULL_PTR_ERR;
        return 0;
    }
    /*跳过开始的空格*/
    while(' ' == (*str))
        str++;
    /*跳过空格之后，到达了字符串结尾，则退出*/
    if(0 == *str)
        return 0;
    /*负数*/
    if(*str == '-' )
    {
        negative = 1;
        str++;
    }
    /*正数*/
    else if(*str == '+')
    {
        negative = 0;
        str++;
    }
    /*正数*/
    else if(isdigit(*str))
    {
        negative = 0;
    }
    /*如果不是以上内容，则直接退出*/
    else
    {
        errCode = INPUT_ERR;
        return 0;
    }
    cutoff = INT_MAX /10;
    cutlim = INT_MAX % 10;
    while(isdigit(*str))
    {
        /*如果当前结果已经大于int最大值除以10或者等于最大值除以10，并且当前数值大于其余数，则溢出*/
		if (ret > cutoff || (ret == cutoff && (int)(*str-'0') > cutlim))
		{
			errCode = ERANGE;
			overflow = 1;
		}       
		else
		{ 
			/*计算结果*/
        	ret = ret*10 + (*str -'0');
		}
        str++;
    }
    /*如果溢出，则返回最值*/
	if(overflow)
		return negative?INT_MIN:INT_MAX;
    /*根据正负号返回正确的结果*/
    return negative?-ret:ret;
}
int main(void)
{
    /*只有一个负号*/
    int result = my_atoi("-");
    printf("-:%d,errCode:%d\n",result,errCode);
    
    /*空指针*/
    result = my_atoi(NULL);
    printf("NULL:%d,errCode:%d\n",result,errCode);
    /*空字符串*/
    result = my_atoi("      ");
    printf("     :%d,errCode:%d\n",result,errCode);
    
    /*负数*/
    result = my_atoi("-1");
    printf("  -1:%d,errCode:%d\n",result,errCode);
    
    /*负数溢出*/
    result = my_atoi("   -11111111111");
    printf("   -11111111111:%d,errCode:%d\n",result,errCode);
    
    /*正数*/
    result = my_atoi("+123");
    printf("+123:%d,errCode:%d\n",result,errCode);
    
     /*正数溢出*/
    result = my_atoi("+123111111111111111");
    printf("+123111111111111111:%d,errCode:%d\n",result,errCode);
    return 0;
}

运行结果：

-:0,errCode:0
NULL:0,errCode:1
     :0,errCode:0
  -1:-1,errCode:0
   -11111111111:-2147483648,errCode:2
+123:123,errCode:0
+123111111111111111:2147483647,errCode:2