北京理工大学 数据结构 实验报告 实验二 简易计算器

实验二简易计算器

姓名：任子龙学号：1120140167 班级：05111451

一.需求分析

1.程序要求可对一实数算术表达式进行简单的数学运算，可以识别带+、-、*、/、%、^（乘方）等等运算符及括号的中缀表达式，从键盘上输入一算术表达式（一般为中缀表达式），计算出表达式的值。

2.按照四则运算规则，求表达式的值。一般规则如下：1）先括号内，再括号外。2）先乘方，再乘除，后加减。b.同级运算从左到右顺序执行。

3.有良好的提示信息，引导用户在键盘上输入规定的运算指令；如表达式有误，也应给出相应的提示信息。

4.建立两个工作栈，分别保存运算符，操作数或运算结果。

二.概要设计

1.抽象数据类型的定义

为实现上述功能，建立两个工作栈；算符为字符型变量，算数为单精度浮点型变量，则需要定义两种数据类型分别存储。typedef struct StackChar{

char c;

struct StackChar*next;

}SC;

typedef struct StackFloat{

float f;

}SF;

2.本程序包含两个模块

（1）主程序模块

主函数只包含了输入输出部分。流程为：首先输入算式，然后调用算符优先算法函数EvaluateExpression(s)进行计算，结果输出；然后循环下去，直到输入OUT指令，退出程序；

（2）链栈单元模块——实现栈的链式存储的抽象数据类型。

各函数之间的调用关系：

三.详细设计

1.结点类型

typedef struct StackChar{

char c;

struct StackChar*next;

}SC;

float f;

struct StackFloat*next;

}SF;

2.子函数

（1）算符优先算法的主干函数float EvaluateExpression(char*e)

实现算符优先算法主干的函数。首先判断是算符还是算数，如果是算符，与算符栈栈顶元素进行优先级比较，如果该算符优先级比原栈顶元素优先级高，则进栈，否则进行运算；如果是算数，则入算数栈。（2）进栈出栈函数

SC*Push(SC*s,char c);//使算符c进入算符栈

SF*Push(SF*s,float f);//使数值f进入数值栈

SC*Pop(SC*s);//使算符栈的栈顶元素出栈

SF*Pop(SF*s);//使数值栈的栈顶元素出栈

分别实现算符和数值的进栈和出栈操作，由EvaluateExpression函数直接调用。

（3）运算函数float Operate(float a,unsigned char t,float b);

进行运算，a,b为数，t为运算符，进行加减乘除或乘方运算，返回值为运算的结果。

（4）类型判断函数Status In(char Test,char*TestOp);判断是不是运算符，返回是或不是。

（5）优先级判断函数char precede(char Aop,char Bop);判断两个算

符的优先级，返回'>'或'<'或'='。

（6）运算符识别函数int ReturnOpOrd(char op,char*TestOp);判断是哪个运算符。

3.主函数

int main()//主函数，用来输入输出和调用子函数

{

char s[128],a[4]="OUT";

提示信息；

k:printf("\n请输入计算表达式:");

scanf("%s",s);

if(strcmp(s,a))

{

printf("\n%s\b=%g\n",s,EvaluateExpression(s));//调用算符优先算法函数

goto k;

}

else exit(0);

}

四.调试分析

1.为了提高程序的健壮性，在switch语句中加了case为“？”的情况，对其它非法输入也进行考虑；

2.对关于栈的基本操作，在编写过程中暴露出问题；

2.如何实现按照运算法则进行计算真的特别难，好在老师在课堂上讲过算符优先算法，看到题目并不是很慌；同时也说明了编程时，好的算法意味着成功了一半。

五.测试结果

1.对给定的测试数据4.5+6.5*1.06=11.39，测试通过；

2.对于非法的输入，如2*（1+8*9（，给出错误提示；

3.输入大写OUT，直接退出程序。

六．附录

#include

#include

#include

#include

typedef int Status; //将int定义为自定义数据类型

typedef struct StackChar{

char c;

struct StackChar *next;

}SC;//存放算符的栈

typedef struct StackFloat{

float f;

struct StackFloat *next;

}SF;//存放数值的栈

char OPSET[9]={'+','-','*','/','(',')','#','^','%'};

unsigned char Prior[9][9]={//算符间的优先级表，用于算符优先算法的判断

//'+' '-' '*' '/' '(' ')' '#' '^' '%'

/*'+'*/'>','>','<','<','<','>','>','<','<',

/*'-'*/'>','>','<','<','<','>','>','<','<',

/*'*'*/'>','>','>','>','<','>','>','<','>',

/*'/'*/'>','>','>','>','<','>','>','<','>',

/*'('*/'<','<','<','<','<','=','?','<','<',

/*')'*/'>','>','>','>','?','>','>','>','>',

/*'#'*/'<','<','<','<','<','?','=','<','<',

/*'^'*/'>','>','>','>','<','>','>','>','>',

/*'%'*/'>','>','>','>','<','>','>','<','>'};

//函数的声明

float EvaluateExpression(char* e);//实现算符优先算法的函数

SC* Push1(SC *s,char c);//使算符c进入算符栈

SF* Push2(SF *s,float f);//使数值f进入数值栈

SC* Pop1(SC *s);//使算符栈的栈顶元素出栈

SF* Pop2(SF *s);//使数值栈的栈顶元素出栈

float Operate(float a,unsigned char t, float b); //进行运算，a,b为数，t 为运算符

Status In(char Test,char* TestOp);//判断是不是运算符，返回是或不是char precede(char Aop,char Bop);//判断优先级，返回'>'或'<'或'='

int ReturnOpOrd(char op,char *TestOp);//判断是哪个运算符

float EvaluateExpression(char* e) //算术表达式求值的算符优先算法。

{ //设OPTR和OPND分别为运算符栈和运算数栈，OP为运算符集合。

SC *OPTR=NULL;//算符栈，字符元素

SF *OPND=NULL;//数值栈，实数元素

char TempData[20];

float Data,a,b;

char theta,*c,x,Dr[]={'#','\0'};

OPTR=Push1(OPTR,'#');

c=strcat(e,Dr);

strcpy(TempData,"\0");

while (*c!='#'||OPTR->c!='#')

{

if(!In(*c,OPSET))//In(*c)判断是不是运算符；不是运算符则进栈

{

Dr[0]=*c;

strcat(TempData,Dr);//字符串连接函数

c++;

if (In(*c,OPSET))

{

Data=atof(TempData);//字符串转换函数

OPND=Push2(OPND, Data);

strcpy(TempData,"\0");

}

}

else

{

switch

(precede(OPTR->c,*c))//precede(char a,char b)函数比较下一个字符和栈顶元素的优先级

{case '<'://栈顶元素优先权低

OPTR=Push1(OPTR,*c);

c++;break;

case '='://脱括号并接收下一字符

OPTR=Pop1(OPTR);

c++; break;

case '>'://退栈并将运算结果入栈theta=OPTR->c;OPTR=Pop1(OPTR);

b=OPND->f;OPND=Pop2(OPND);

a=OPND->f;OPND=Pop2(OPND);

OPND=Push2(OPND,Operate(a,theta,b));break;

case '?'://输入非法，报错提示

printf("请输入正确的算术表达式！\n");exit(0);

}

}

}

return OPND->f;

}

SC* Push1(SC *s,char c)//使算符c进入算符栈

{

SC *p=(SC*)malloc(sizeof(SC));

p->c=c;

p->next=s;

return p;

}

SF* Push2(SF *s,float f)//使数值f进入数值栈{SF *p=(SF*)malloc(sizeof(SF));

p->f=f;

p->next=s;

return p;

}

SC* Pop1(SC *s)//使算符栈的栈顶元素出栈{ SC *q=s;

s=s->next;

free(q);

return s;

}

SF* Pop2(SF *s)//使数值栈的栈顶元素出栈{

SF *q=s;

s=s->next;

free(q);

return s;

}

float Operate(float a,unsigned char t, float b)//进行运算，a,b为数，t 为运算符

{

switch(t)

{

case '+': return a+b;

case '-': return a-b;

case '*': return a*b;

case '/': return a/b;

case '^': return pow(a,b);

case '%': {int c,d;c=b/1;d=a/1;return d%c;}

default : return 0;

}

}

Status In(char Test,char* TestOp)//判断是不是运算符，返回是或不是

{

int i=0;

int flag=0;

for(i=0;i<9;i++)

{

if(Test==TestOp[i])

flag=1;

}

return flag;

}

char precede(char Aop, char Bop)//判断优先级，返回'>'或'<'或'=' {

return Prior[ReturnOpOrd(Aop,OPSET)][ReturnOpOrd(Bop,OPSET)]; }

int ReturnOpOrd(char op,char *TestOp)//判断是哪个运算符{ int i=0;

for(i=0; i<9; i++)

if(op ==TestOp[i])

return i;

}

int main()//主函数，用来输入输出和调用子函数

{

char s[128],a[4]="OUT";

printf("*******************************************\n");

printf(" 简易计算器\n");

printf("*******************************************\n\n");

printf("使用说明：\n");

printf("1.输入法为英文输入法；\n");

printf("2.由于不能区分负号和减号，不支持负数计算；\n");

printf("3.退出程序请输入大写OUT.\n");

printf("\n");

k:printf("\n请输入计算表达式:");

scanf("%s",s);

if(strcmp(s,a))

{

printf("\n%s\b=%g\n",s,EvaluateExpression(s));//调用算符优先算法函数

goto k;

}

else {printf("\n已退出计算器！");exit(0);} }