数据结构课程设计-表达式求值问题

嘉应学院计算机学院实验报告课程名称：数据结构课程设计开课学期：2017-2018学年第2学期班级：指导老师：实验题目：学生通讯录管理系统学号：姓名：上机时间：(一) 需求分析1、输入的形式和输入值的范围：根据题目要求与提示，先选择你要使用的表达式形式（中缀用1，后缀用0），在输入一个中缀表达式，输入数的范围为int型，此时，程序将计算出表达式的结果。

2、输出的形式：当按照程序要求选择了1或0之后，再输入表达式；如果选择的是1，则程序将自动运算出表达式结果；如果之前选择的是0，则程序将现将中缀表达式转化为后缀表达式并计算出结果。

3、程序所能达到的功能：本程序能计算出含+、-、*、/、（、）等运算符的简单运算。

4、测试数据：输入一个表达式，如果你之前选择的是“中缀表达式”，那么输入5*(4-2)#,那么输出结果是10；如果之前选择的是“后缀表达式”，那么输入5*（4-2）#，那么他将先转换成后缀表达式5 4 2 - * #，再输出结果10。

如果输入表达式没有结束标示符#，如5*（4-2），那将不会输出任何结果，或出现错误结果。

(二) 概要设计为了实现上述操作，应以栈为存储结构。

1．基本操作：（1）. int GetTop(SqStack *s)初始条件：栈存在；操作结果：若栈为空，则返回s的栈顶元素；否则返回ERROR。

（2）. void Push(SqStack *s,int e)初始条件：栈存在；操作结果：插入e为新的栈顶元素。

（3）. int Pop(SqStack *s)初始条件：栈存在；操作结果：若栈不空，则删除之，并返回其值；否则返回REEOR。

（4）.void InitStack(SqStack *s)初始条件：栈存在；操作结果：置栈为空。

（5）. int Empty(SqStack *s)初始条件：栈存在；操作结果：判定s是否为空栈。

（6）. int Operate(int a,char theta, int b)初始条件：操作数a和b存在，且theta是+、-、*、/四则运算；操作结果：返回a与b间theta运算的结果。

（7）. int In(char s,char* TestOp)初始条件：s为待判断字符，TestOp为已知的算符集合；操作结果：s为算符集合中的元素则返回1，否则返回0.（8）. int ReturnOpOrd(char op,char* TestOp)初始条件：op为待确定运算符，TestOp为已知的算符集合；操作结果：确定运算符类型。

（9）. char precede(char a, char b)初始条件：a、b存在；操作结果：返回算符a和b的优先权高低。

（10）. void PrintOpnd(SqStack *s)初始条件：栈存在；操作结果：输出运算数栈。

（11）. void PrintOptr(SqStack *s)初始条件：栈存在；操作结果：输出运算符栈。

（12）. void Store(char *s,char ch)初始条件：字符数组 s存在，字符ch已知；操作结果：将ch存入数组s。

（13）. void Change(char *s1,char *s2)初始条件;重罪表达式s1已知；操作结果：将中缀表达式s1转为后缀表达式s2。

2．本程序包含二个模块：（1）主程序模块；（2）中缀表达式求值模块以及中缀表达式转换为后缀表达式并求值模块（3）模块调用图：主程序模块中缀表达式求值模块中缀表达式转换为后缀表达式并求值模块(三) 详细设计1．存储类型，元素类型，结点类型：typedef struct{ //定义栈int data[SIZE];int top;int base;}SqStack;char OPSET[7]={'+' , '-' , '*' , '/' ,'(' , ')' , '#'};//定义OPSET字符数组为算符集合char Prior[7][7] = {// 算符间的优先关系'>','>','<','<','<','>','>','>','>','<','<','<','>','>','>','>','>','>','<','>','>','>','>','>','>','<','>','>','<','<','<','<','<','=',' ','>','>','>','>',' ','>','>','<','<','<','<','<',' ','='};2．每个模块的分析：（1）主程序模块：int main(){char s=0,c;while(1){printf("请输入‘1’或‘0’（1代表中缀表达式，0代表后缀表达式）\n");c=getchar();fflush(stdin);if(c=='1'){//中缀表达式运算结果printf("%d\n",EvaluateExpression_1());}else{//后缀表达式运算结果printf("%d\n",EvaluateExpression_2());}do{scanf("%c",&s);if(s=='q'||s=='Q')exit(0);}while(s!='\n');system("cls");}return 0;}（2）int EvaluateExpression_1(){//中缀求值SqStack OPND,OPTR;char ch,theta,exp[100]={0};int i=0,s=0,a=0,b=0,step=0;InitStack(&OPND);InitStack(&OPTR);Push(&OPTR,'#');gets(exp);ch=exp[0];while(ch!='#'||GetTop(&OPTR)!='#'){if(!In(ch,OPSET)){//不是运算符则进栈if(In(exp[i+1],OPSET)){//未出现连续数字Push(&OPND,ch-48);ch=exp[++i];}//ifelse//出现连续数字{s=exp[i++]-48;while(exp[i]>='0'&&exp[i]<='9'){s=s*10+exp[i++]-48;}Push(&OPND,s);s=0;ch=exp[i];}}elseswitch(precede(GetTop(&OPTR),ch)){case '<'://栈顶元素优先权低Push(&OPTR,ch);ch=exp[++i];break;case '='://脱括号并接受下一字符Pop(&OPTR);ch=exp[++i];break;case '>'://退栈并将运算结果入栈theta=Pop(&OPTR);b=Pop(&OPND);a=Pop(&OPND);Push(&OPND,Operate(a,theta,b));break;}//switch}//whilereturn GetTop(&OPND);}//EvaluateExpression_1int EvaluateExpression_2(){//后缀求值SqStack OPND;char ch,theta,receive[100]={0},exp[100]={0};int i=0,s=0,a=0,b=0,step=0;InitStack(&OPND);printf("请输入一个中缀表达式：\n");gets(receive);//输入中缀表达式Change(receive,exp);printf("相应的后缀表达式为：\n");puts(exp);//输出对应的后缀表达式ch=exp[0];while(ch!='#'){if(!In(ch,OPSET)){//不是运算符则压入栈中if(exp[i+1]==' '){//未出现连续数字Push(&OPND,ch-48);i+=2;ch=exp[i];}//ifelse//出现连续数字{s=exp[i++]-48;while(exp[i]>='0'&&exp[i]<='9'){s=s*10+exp[i++]-48;}//whilePush(&OPND,s);s=0;ch=exp[++i];}//else}//ifelse{theta=ch;b=Pop(&OPND);a=Pop(&OPND);Push(&OPND,Operate(a,theta,b));i+=2;ch=exp[i];}}return GetTop(&OPND);}//EvaluateExpression_2（3）函数调用关系图main()EvaluateExpression_1() EvaluateExpression_2() 3．完整的程序：#include"stdio.h"#include"stdlib.h"#define SIZE 80#define OK 1#define ERROR 0typedef struct{ //定义栈int data[SIZE];int top;int base;}SqStack;char OPSET[7]={'+' , '-' , '*' , '/' ,'(' , ')' , '#'};//定义OPSET字符数组为算符集合char Prior[7][7] = {// 算符间的优先关系'>','>','<','<','<','>','>','>','>','<','<','<','>','>','>','>','>','>','<','>','>','>','>','>','>','<','>','>','<','<','<','<','<','=',' ','>','>','>','>',' ','>','>','<','<','<','<','<',' ','='};int GetTop(SqStack *s){//若栈为空，则返回s的栈顶元素；否则返回ERRORif(s->top==s->base)return ERROR;return (s->data[s->top-1]);}void Push(SqStack *s,int e){//插入e为新的栈顶元素s->data[s->top]=e;s->top++;}int Pop(SqStack *s){//若栈不空，则删除之，并返回其值；否则返回REEOR int e;if(s->base==s->top)return ERROR;else{e=s->data[s->top-1];s->top--;}return e;}void InitStack(SqStack *s){//置栈S为空s->top=0;s->base=0;}int Empty(SqStack *s){//判定s是否为空栈if(s->base==s->top)return 1;elsereturn 0;}int Operate(int a,char theta, int b) {//返回a与b间theta运算的结果switch(theta) {case '+': return a+b;break;case '-': return a-b;break;case '*': return a*b;break;case '/': return a/b;break;default : return 0;}}int In(char s,char* TestOp) {//s为待判断字符，TestOp为已知的算符集合int Find=0;for (int i=0; i<7; i++) {if (s == TestOp[i]) Find= 1;}return Find;}int ReturnOpOrd(char op,char* TestOp) {//确定运算符类型,op为待确定运算符，TestOp为已知的算符集合 int i;for(i=0; i<7; i++) {if (op == TestOp[i]) return i;}return 0;}char precede(char a, char b) {//返回算符a和b的优先权高低return Prior[ReturnOpOrd(a,OPSET)][ReturnOpOrd(b,OPSET)]; }void PrintOpnd(SqStack *s){//输出运算数栈int i=s->base;printf("Stack OPND:");if(!Empty(s)){for(;i<(s->top);i++)printf(" %d ",s->data[i]);}elseprintf(" ");printf("\n");}void PrintOptr(SqStack *s){//输出运算符栈int i=s->base;printf("Stack OPTR:");for(;i<(s->top);i++)printf(" %c ",s->data[i]);printf("\n");}void Store(char *s,char ch){//将ch存入数组schar *p=s;while(*p){p++;}*p++=ch;}int EvaluateExpression_1(){//中缀求值SqStack OPND,OPTR;char ch,theta,exp[100]={0};int i=0,s=0,a=0,b=0,step=0;InitStack(&OPND);InitStack(&OPTR);Push(&OPTR,'#');gets(exp);ch=exp[0];while(ch!='#'||GetTop(&OPTR)!='#'){if(!In(ch,OPSET)){//不是运算符则进栈if(In(exp[i+1],OPSET)){//未出现连续数字Push(&OPND,ch-48);ch=exp[++i];}//ifelse//出现连续数字{s=exp[i++]-48;while(exp[i]>='0'&&exp[i]<='9'){s=s*10+exp[i++]-48;}Push(&OPND,s);s=0;ch=exp[i];}}elseswitch(precede(GetTop(&OPTR),ch)){case '<'://栈顶元素优先权低Push(&OPTR,ch);ch=exp[++i];break;case '='://脱括号并接受下一字符Pop(&OPTR);ch=exp[++i];break;case '>'://退栈并将运算结果入栈theta=Pop(&OPTR);b=Pop(&OPND);a=Pop(&OPND);Push(&OPND,Operate(a,theta,b));break;}//switch}//whilereturn GetTop(&OPND);}//EvaluateExpression_1void Change(char *s1,char *s2){//将中缀表达式转为后缀表达式SqStack OPTR;char ch;int i=0,sum=0;InitStack(&OPTR);Push(&OPTR,'#');ch=s1[0];while(ch!='#'||GetTop(&OPTR)!='#'){if(!In(ch,OPSET)){//不是运算符则进栈if(In(s1[i+1],OPSET)){//未出现连续数字Store(s2,ch);Store(s2,' ');//存入一个空格ch=s1[++i];}//ifelse//出现连续数字{while(s1[i]>='0'&&s1[i]<='9'){Store(s2,s1[i]);i++;}//whileStore(s2,' ');//存入一个空格ch=s1[i];}//else}//ifelseswitch(precede(GetTop(&OPTR),ch)){case '<'://栈顶元素优先权低Push(&OPTR,ch);ch=s1[++i];break;case '='://脱括号并接受下一字符Pop(&OPTR);ch=s1[++i];break;case '>'://退栈并将运算结果入栈Store(s2,Pop(&OPTR));Store(s2,' ');//补入一个空格作为间隔break;}//switch}//whileStore(s2,ch);}//Changeint EvaluateExpression_2(){//后缀求值SqStack OPND;char ch,theta,receive[100]={0},exp[100]={0};int i=0,s=0,a=0,b=0,step=0;InitStack(&OPND);printf("请输入一个中缀表达式：\n");gets(receive);//输入中缀表达式Change(receive,exp);printf("相应的后缀表达式为：\n");puts(exp);//输出对应的后缀表达式ch=exp[0];while(ch!='#'){if(!In(ch,OPSET)){//不是运算符则压入栈中if(exp[i+1]==' '){//未出现连续数字Push(&OPND,ch-48);i+=2;ch=exp[i];}//ifelse//出现连续数字{s=exp[i++]-48;while(exp[i]>='0'&&exp[i]<='9'){s=s*10+exp[i++]-48;}//whilePush(&OPND,s);s=0;ch=exp[++i];}//else}//ifelse{theta=ch;b=Pop(&OPND);a=Pop(&OPND);Push(&OPND,Operate(a,theta,b));i+=2;ch=exp[i];}}return GetTop(&OPND);}//EvaluateExpression_2int main(){char s=0,c;while(1){printf("请输入‘1’或‘0’（1代表中缀表达式，0代表后缀表达式）\n");c=getchar();fflush(stdin);if(c=='1'){//中缀表达式运算结果printf("%d\n",EvaluateExpression_1());}else{//后缀表达式运算结果printf("%d\n",EvaluateExpression_2());}do{scanf("%c",&s);if(s=='q'||s=='Q')exit(0);}while(s!='\n');system("cls");}return 0;} (四) 程序使用说明及测试结果1．程序使用说明（1）本程序的运行环境为VC6.0。