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<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<math.h>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);} }。