劍指Offer面試題：35.將字符串轉換為數字

題目：寫一個函數StrToInt，實現把字符串轉換成整數這個功能。當然，不能使用atoi或者其他類似的庫函數。這看起來是道很簡單的題目，實現其基本功能，大部分人都能用10行之內的代碼解決。可是，當我們要把很多特殊情況即測試用例都考慮進去，卻不是一件容易的事情。

一、題目：將字符串轉換為數字

題目：寫一個函數StrToInt，實現把字符串轉換成整數這個功能。當然，不能使用atoi或者其他類似的庫函數。

二、代碼實現

　　（1）考慮輸入的字符串是否是NULL、空字符串

　　（2）考慮輸入的字符串是否包含正負號或者是否是只包含正負號

　　（3）考慮輸入的字符串是否會發生上溢或下溢（正整數的最大值是0x7FFFFFFF，最小的負整數是0x80000000）

　　（4）考慮如何區分正常返回數字0和返回輸入是否合法的標識

　　綜上考慮，實現代碼如下，這里使用C#語言描述：

　　①定義一個ConvertResult的結構體，作為返回值使用

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

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

　　②定義方法主入口，在主入口中判斷輸入是否含有正負號并做對應處理

    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定義核心方法StrToIntCore，將字符串轉換為數字并為ConvertResult實例賦值，在此方法中判斷是否發生上溢或下溢

    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')
            {
                // 首先需要注意正負號
                int flag = minus ? -1 : 1;
                number = number * 10 + flag * (strArray[index] - '0');
                // 正整數的最大值是0x7FFFFFFF，最小的負整數是0x80000000
                // 因此需要考慮整數是否發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、單元測試

3.1 測試用例

    // 魯棒性測試：NULL指針
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest1()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt(null);
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
    }

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

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

    // 功能測試：帶正負號的數字字符串
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest4()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+123");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 123);
    }

    // 功能測試：帶正負號的數字字符串
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest5()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-123");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, -123);
    }

    // 功能測試：帶正負號的字符串0
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest6()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+0");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 功能測試：帶正負號的字符串0
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest7()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-0");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.Valid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 特殊輸入測試：非數字字符串
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest8()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("1a33");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 特殊輸入測試：有效的最大正整數 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);
    }

    // 特殊輸入測試：有效的最小負整數 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);
    }

    // 特殊輸入測試：只有一個正號
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest15()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("+");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }

    // 特殊輸入測試：只有一個負號
    [TestMethod]
    public void StringToIntTest16()
    {
        ConvertResult actual = StringHelper.StrToInt("-");
        Assert.AreEqual(actual.State, ConvertState.InValid);
        Assert.AreEqual(actual.Number, 0);
    }