LeetCode 8. 字符串转换整数 (atoi) 全解：字符处理、数字拼接与 32 位越界防护（LeetCode-Book 精选 88 题）

LeetCode 8. 字符串转换整数 (atoi) 全解：字符处理、数字拼接与 32 位越界防护（LeetCode-Book 精选 88 题）

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本篇技术指南基于 LeetCode-Book 仓库中 《Krahets 笔面试精选 88 题》题解文档.md)，系统讲解 LeetCode 第 8 题“字符串转换整数 (atoi)”的完整解法：如何分四类处理输入字符、如何用res = 10 × res + x进行数字拼接，以及在“环境只能存储 32 位有符号整数”约束下，如何用边界值bndry在拼接前完成越界预判。读完本文，你将掌握一套可复现的 Python / Java / C++ 实现，并能在手写 atoi 类问题时举一反三地处理空格、符号位与溢出边界。

一、题目核心：一个字符串里藏着哪四类字符

myAtoi(s)的输入是一个任意字符串，根据题意，从左到右扫描时只需要考虑以下四种字符，其余全部忽略：

1. 首部空格：直接跳过（删除）即可，它们不参与数值转换。
2. 符号位：只可能出现三种情况，即'+'、'-'或“无符号”。需要新建一个变量保存符号位（sign），在返回结果前再乘上正负号。
3. 非数字字符：遇到首个非数字字符时，应立即终止解析并返回当前已拼接的结果（不再向后扫描）。
4. 数字字符：这是唯一需要“真正拼接”的字符，包含两个子步骤——字符转数字与数字拼接（详见下一节）。

这一分类贯穿整个解法：先处理空格与符号，再逐字符判断是否为数字，遇到非数字立即break/return，最后统一应用符号位。仓库源码中的注释与文档一致，例如 lc_8_string_to_integer_atoi_s1.py 按“删除首尾空格 → 判空 → 处理符号位 → 循环拼接 → 越界拦截”的顺序执行。

二、数字拼接公式：res = 10 × res + x

若从左向右遍历数字，设当前位字符为c，当前位数字为x，已拼接结果为res，则数字拼接公式为：

res = 10 × res + x x = ascii(c) - ascii('0')

其中ascii(c) - ascii('0')即“该数字字符的 ASCII 码”与“0的 ASCII 码”相减，从而把字符'0'~'9'映射为整数0~9。在三种语言的实现中分别对应：

• Python：res = 10 * res + ord(c) - ord('0')（ord取字符码点）；
• Java：res = res * 10 + (c[j] - '0')（char参与算术运算时自动按码点计算）；
• C++：res = res * 10 + (s[j] - '0')。

以输入" -42"为例：跳过空格后首字符为'-'，置sign = -1，随后依次拼接'4'、'2'，得到res = 42，最终返回sign * res = -42。这个“先拼绝对值、最后统一乘符号”的手法，使得正负数共用同一套拼接逻辑，代码更简洁。

三、32 位整数越界：为什么必须在拼接前拦截

题目要求返回值的范围是[-2^31, 2^31 - 1]，即[-2147483648, 2147483647]，并且明确指出“环境只能存储 32 位大小的有符号整数”。这意味着在拼接过程中，必须始终保持res处在 int 类型的取值范围内，否则在真正发生溢出（如 Python 大整数、C++ 有符号溢出）之前就要提前截断。

因此在每轮数字拼接之前，要先判断res在此轮拼接后是否超过2147483647，若超过则带上符号位直接返回最大值或最小值。设拼接边界：

bndry = 2147483647 // 10 = 214748364

则存在以下两种越界情况：

res > bndry 情况一：执行拼接后 10 × res ≥ 2147483650，必然越界 res == bndry 且 x > 7 情况二：拼接后为 2147483648 或 2147483649，越界

情况二需要解释：bndry × 10 + 7 = 2147483647恰好是 int 上限；若当前位数字x > 7，则拼接结果为2147483648或2147483649，均超出上限，必须按溢出处理。

在三种语言中，对应的判断写法分别是：

• Python：if res > bndry or res == bndry and c > '7': return int_max if sign == 1 else int_min（用字符'7'与c比较，等价于与数字 7 比较）；
• Java：if (res > bndry || res == bndry && c[j] > '7') return sign == 1 ? Integer.MAX_VALUE : Integer.MIN_VALUE;
• C++：if (res > bndry || res == bndry && s[j] > '7') return sign == 1 ? INT_MAX : INT_MIN;

其中bndry的取值也随语言略有差异，但数值等价：Python 中为2 ** 31 // 10，Java 中为Integer.MAX_VALUE / 10，C++ 中为INT_MAX / 10，结果都是214748364。仓库中 lc_8_string_to_integer_atoi_s2.java 与 lc_8_string_to_integer_atoi_s1.cpp 均以Integer.MAX_VALUE / 10、INT_MAX / 10初始化该边界。

四、方案一：先trim()/strip()再解析（空间 O(N)）

第一种实现直接调用语言的去空格 API，先删除首尾空格再解析，逻辑直观、最贴近题面描述。

Python 实现

class Solution: def myAtoi(self, s: str) -> int: s = s.strip() # 删除首尾空格 if not s: return 0 # 字符串为空则直接返回 res, i, sign = 0, 1, 1 int_max, int_min, bndry = 2 ** 31 - 1, -2 ** 31, 2 ** 31 // 10 if s[0] == '-': sign = -1 # 保存负号 elif s[0] != '+': i = 0 # 若无符号位，则需从 i = 0 开始数字拼接 for c in s[i:]: if not '0' <= c <= '9' : break # 遇到非数字的字符则跳出 if res > bndry or res == bndry and c > '7': return int_max if sign == 1 else int_min # 数字越界处理 res = 10 * res + ord(c) - ord('0') # 数字拼接 return sign * res

关键点在于：首字符为'-'时sign = -1且i = 1；首字符为'+'时保持i = 1（跳过符号位）；首字符是数字或其它字符时i = 0（直接从首位开始拼接）。仓库文件 lc_8_string_to_integer_atoi_s1.py 与此实现逐行一致。

Java 实现

class Solution { public int myAtoi(String s) { char[] c = s.trim().toCharArray(); if (c.length == 0) return 0; int res = 0, bndry = Integer.MAX_VALUE / 10; int i = 1, sign = 1; if (c[0] == '-') sign = -1; else if (c[0] != '+') i = 0; for (int j = i; j < c.length; j++) { if (c[j] < '0' || c[j] > '9') break; if (res > bndry || res == bndry && c[j] > '7') return sign == 1 ? Integer.MAX_VALUE : Integer.MIN_VALUE; res = res * 10 + (c[j] - '0'); } return sign * res; } }

方案一复杂度分析

• 时间复杂度 O(N)：N为字符串长度，线性遍历一次字符串，占用 O(N) 时间。
• 空间复杂度 O(N)：删除首尾空格后需建立新字符串（Python 的strip()、Java 的trim().toCharArray()都会产生新的字符串/字符数组对象），最差情况下占用 O(N) 额外空间。

五、方案二：手动跳过空格（空间 O(1)）

若不使用trim() / strip()删除首部空格，而是改为“遍历跳过空格”的方式，则无需构造新字符串，可将空间复杂度降低至 O(1)。这也更贴近 C 语言手写atoi的经典风格。

Python 实现

class Solution: def myAtoi(self, s: str) -> int: res, i, sign, length = 0, 0, 1, len(s) int_max, int_min, bndry = 2 ** 31 - 1, -2 ** 31, 2 ** 31 // 10 if not s: return 0 # 空字符串，提前返回 while s[i] == ' ': i += 1 if i == length: return 0 # 字符串全为空格，提前返回 if s[i] == '-': sign = -1 if s[i] in '+-': i += 1 for j in range(i, length): if not '0' <= s[j] <= '9' : break if res > bndry or res == bndry and s[j] > '7': return int_max if sign == 1 else int_min res = 10 * res + ord(s[j]) - ord('0') return sign * res

该实现与前者的差异集中在两点：一是用while s[i] == ' '循环手动推进下标跳过空格，并在i到达末尾时返回0（说明字符串全为空格）；二是用if s[i] in '+-': i += 1一次性跳过符号位，而不再区分'+'与无符号的情况。仓库文件 lc_8_string_to_integer_atoi_s2.py 与此实现一致。

Java 实现

class Solution { public int myAtoi(String s) { int res = 0, bndry = Integer.MAX_VALUE / 10; int i = 0, sign = 1, length = s.length(); if(length == 0) return 0; while(s.charAt(i) == ' ') if(++i == length) return 0; if(s.charAt(i) == '-') sign = -1; if(s.charAt(i) == '-' || s.charAt(i) == '+') i++; for(int j = i; j < length; j++) { if(s.charAt(j) < '0' || s.charAt(j) > '9') break; if(res > bndry || res == bndry && s.charAt(j) > '7') return sign == 1 ? Integer.MAX_VALUE : Integer.MIN_VALUE; res = res * 10 + (s.charAt(j) - '0'); } return sign * res; } }

C++ 实现

class Solution { public: int myAtoi(string s) { int res = 0, bndry = INT_MAX / 10; int i = 0, sign = 1, length = s.size(); if(length == 0) return 0; while(s[i] == ' ') if(++i == length) return 0; if(s[i] == '-') sign = -1; if(s[i] == '-' || s[i] == '+') i++; for(int j = i; j < length; j++) { if(s[j] < '0' || s[j] > '9') break; if(res > bndry || res == bndry && s[j] > '7') return sign == 1 ? INT_MAX : INT_MIN; res = res * 10 + (s[j] - '0'); } return sign * res; } };

方案二复杂度分析

• 时间复杂度 O(N)：仍为单次线性扫描，N为字符串长度。
• 空间复杂度 O(1)：全程只使用若干整数变量与下标，不创建新字符串，额外空间与输入规模无关。

六、仓库源码印证与本地运行方式

本仓库《Krahets 笔面试精选 88 题》（selected_coding_interview）为本题提供了与上述两种方案一一对应的三种语言实现，可直接对照阅读：

从源码结构看，Python 与 Java 均给出 s1/s2 两版实现，C++ 则直接采用空间 O(1) 的手动跳空格版本，恰好印证了“优先使用 O(1) 空间写法”这一实践倾向。源码文件统一以from include import *（Python）、package lc_8_string_to_integer_atoi; import include.*;（Java）、#include "../include/include.hpp"（C++）引入仓库公共头文件，并附带main/ 驱动代码与测试用例占位，可在此基础上替换test_input验证各类输入：

# 以 Python 方案一为例 from include import * class Solution: def myAtoi(self, s: str) -> int: s = s.strip() if not s: return 0 res, i, sign = 0, 1, 1 int_max, int_min, bndry = 2 ** 31 - 1, -2 ** 31, 2 ** 31 // 10 if s[0] == '-': sign = -1 elif s[0] != '+': i = 0 for c in s[i:]: if not '0' <= c <= '9' : break if res > bndry or res == bndry and c > '7': return int_max if sign == 1 else int_min res = 10 * res + ord(c) - ord('0') return sign * res slt = Solution() for t in [" -42", "4193 with words", "words and 987", "-91283472332", "+1", " ", "2147483648"]: print(f"{t!r:>20} -> {slt.myAtoi(t)}")

建议用以下用例自测，覆盖题面全部边界：

• " -42"→-42（前导空格 + 负号）；
• "4193 with words"→4193（数字后遇到非数字截断）；
• "words and 987"→0（首个非空字符非数字，直接返回 0）；
• "-91283472332"→-2147483648（负向越界，返回INT_MIN）；
• "2147483648"→2147483647（正向越界，返回INT_MAX）；
• " "→0（全空格，方案二在跳空格时提前返回）。

七、小结：这道题在考什么

字符串转换整数 (atoi) 是面试中典型的“模拟 + 边界”题，考点集中在：

1. 字符分类能力：能否条理清晰地处理空格、符号、非数字与数字四类情况；
2. 数字拼接功底：res = 10 × res + x与 ASCII 码相减取数字；
3. 越界防御思维：在 32 位 int 约束下，用bndry = INT_MAX / 10结合“res > bndry或res == bndry && 当前位 > 7”在拼接前拦截溢出，而不是等溢出发生后再补救；
4. 空间优化意识：同一逻辑可写出空间 O(N)（依赖strip/trim）与空间 O(1)（手动跳空格）两种版本，理解二者的取舍。

本仓库对应的剑指 Offer 版本题解位于 sword_for_offer/docs/剑指 Offer 67. 把字符串转换成整数.md，可对照学习同一考点在《剑指 Offer》中的变体考查方式；更多“模拟 + 边界”类题目与配套三语言代码，可在 selected_coding_interview 目录下按题目编号继续检索。

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