剑指Offer面试题：35.将字符串转换为数字

一、题目：将字符串转换为数字

题目：写一个函数StrToInt，实现把字符串转换成整数这个功能。当然，不能使用atoi或者其他类似的库函数。

二、代码实现

　　（1）考虑输入的字符串是否是NULL、空字符串

　　（2）考虑输入的字符串是否包含正负号或者是否是只包含正负号

　　（3）考虑输入的字符串是否会发生上溢或下溢（正整数的最大值是0x7FFFFFFF，最小的负整数是0x80000000）

　　（4）考虑如何区分正常返回数字0和返回输入是否合法的标识

　　综上考虑，实现代码如下，这里使用C#语言描述：

　　①定义一个ConvertResult的结构体，作为返回值使用

    public struct ConvertResult
    {
        public ConvertState State;
        public int Number;
    }

    public enum ConvertState
    {
        // 输入不合法
        InValid = 0,
        // 输入合法
        Valid = 1
    }

　　②定义方法主入口，在主入口中判断输入是否含有正负号并做对应处理

    public static ConvertResult StrToInt(string str)
    {
        ConvertResult result = new ConvertResult();
        result.State = ConvertState.InValid;
        result.Number = 0;

        if (!string.IsNullOrEmpty(str))
        {
            bool minus = false;
            char[] strArray = str.ToCharArray();
            int startIndex = 0;
            if (strArray[startIndex] == '+')
            {
                startIndex++;
            }
            else if (strArray[startIndex] == '-')
            {
                minus = true;
                startIndex++;
            }

            if (startIndex != strArray.Length)
            {
                StrToIntCore(strArray, startIndex, minus, ref result);
            }
        }

        return result;
    }

　　③定义核心方法StrToIntCore，将字符串转换为数字并为ConvertResult实例赋值，在此方法中判断是否发生上溢或下溢

    private static void StrToIntCore(char[] strArray, int index, bool minus, ref ConvertResult result)
    {
        long number = 0;

        while (index < strArray.Length)
        {
            if (strArray[index] >= '0' && strArray[index] <= '9')
            {
                // 首先需要注意正负号
                int flag = minus ? -1 : 1;
                number = number * 10 + flag * (strArray[index] - '0');
                // 正整数的最大值是0x7FFFFFFF，最小的负整数是0x80000000
                // 因此需要考虑整数是否发生上溢出或者下溢出
                if ((flag == 1 && number > int.MaxValue) ||
                    (flag == -1 && number < int.MinValue))
                {
                    number = 0;
                    break;
                }
                index++;
            }
            else
            {
                number = 0;
                break;
            }
        }

        if (index == strArray.Length)
        {
            result.State = ConvertState.Valid;
            result.Number = (int)number;
        }
    }

三、单元测试

3.1 测试用例

    // 鲁棒性测试：NULL指针
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest1()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt(null);
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
    }

    // 鲁棒性测试：空字符串
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest2()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
    }

    // 功能测试：普通的数字字符串
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest3()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("123");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 123);
    }

    // 功能测试：带正负号的数字字符串
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest4()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+123");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 123);
    }

    // 功能测试：带正负号的数字字符串
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest5()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-123");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, -123);
    }

    // 功能测试：带正负号的字符串0
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest6()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+0");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 功能测试：带正负号的字符串0
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest7()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-0");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 特殊输入测试：非数字字符串
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest8()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("1a33");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 特殊输入测试：有效的最大正整数 0x7FFFFFFF
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest9()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+2147483647");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 2147483647);
    }

    [TestMethod]
    public void StringToIntTest10()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-2147483647");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, -2147483647);
    }

    [TestMethod]
    public void StringToIntTest11()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+2147483648");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 特殊输入测试：有效的最小负整数 0x80000000
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest12()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-2147483648");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, -2147483648);
    }

    [TestMethod]
    public void StringToIntTest13()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+2147483649");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    [TestMethod]
    public void StringToIntTest14()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-2147483649");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 特殊输入测试：只有一个正号
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest15()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 特殊输入测试：只有一个负号
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest16()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }