C语言版科学计算器设计.docx
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C语言版科学计算器设计
科学计算器设计（C语言版）
学校：
学院：
计算机信息工程学院
语言
平台：
作者：
日期：
一、背景和目的
计算器是现代日常生活中使用较为频繁的工具之一，常用的计算器有简易版和科学计算器两种模式。
简易版的计算器不支持表达式运算，每次只能输入一个数据或者运算符来计算，而科学计算器除了容纳简易版计算器的功能外，还支持表达式运算，用户可以输入一个合法的算术表达式来得到所需的结果。
常用的算术表达式有三种，前缀表达式，中缀表达式和后缀表达式。
中缀表达式：
我们平时书写的表达式就是中缀表达式，形如（a+b）*（c+d），事实上是运算表达式形成的树的中序遍历，特点是用括号来描述优先级。
后缀表达式：
也叫逆波兰表达式，事实上是算数表达式形成的树的后序遍历。
中缀表达式（a+b）*（c+d）的后缀表达式是ab+cd+*，它的特点就是遇到运算符就立刻进行运算。
前缀表达式：
算数表达式形成的树的前序遍历。
日常所书写的是中缀表达式，但是计算机内部是用后缀表达式计算，所以此程序的用户使用中缀表达式作为输入，程序将中缀表达式转化为后缀表达式后再进行运算并输出结果。
由于今后工作将使用C语言进行开发，而C语言是一个功能强大并且很灵活的语言，为复习和巩固C编程，故决定用C语言编写一个科学计算器。
本次开发采用C语言，以面对过程思想进行开发，使用的数据结构有队列和栈。
二、模块设计
本次开发，使用的控制台输入，并直接在控制台输出。
科学计算器的功能组件如下：
三、详细设计
宏：
#defineTEST//表示测试阶段
#defineMAX_SIZE100//表达式长度
#defineLBRACKET0//左括号
#defineRBRACKET1//右括号
#defineADD2//加
#defineSUB3//减
#defineMUL4//乘
#defineDIV5//乘
#defineINT6//整数
#defineDOUBLE7//浮点数
数据结构:
表达式节点
structExprNode{
intn;//表达式节点类型
doublep;//表达式节点数据
};
中缀表达式：
structExprNodeinfixExpr[MAX_SIZE];
intinfixLen;
后缀表达式：
structExprNodesuffixExpr[MAX_SIZE];
intsuffixLen;
后缀转换栈：
inttransStack[MAX_SIZE];
inttransTop;
后缀表达式运算栈：
structExprNodecalcuStack[MAX_SIZE];
intcalcuTop;
函数过程：
__inlineintget_char（char*c）
缓冲变量无字符则读入字符
读入成功返回0,否者返回-1
intinput_expr（void）
读入表达式
若输入非法字符则返回-1，否则返回0
intpri（inta,intb）
优先级计算
若a优先于b则返回-1,否则返回0
inttrans_expr（void）
中缀表达式转换为后缀表达式
括号不匹配返回-1,否则返回0
__inlineintmaxn（inta,intb）
求最大值
structExprNodecalcu（structExprNode*a,structExprNode*b,intc）
计算a和b做c运算的结果
intcalcu_expr（void）
计算后缀表达式
表达式计算失败返回-1,否则为0
voidshow（void）
输出运算结果
代码：
#include
//#defineTEST//表示测试阶段
#defineMAX_SIZE100//表达式长度
#defineLBRACKET0//左括号
#defineRBRACKET1//右括号
#defineADD2//加
#defineSUB3//减
#defineMUL4//乘
#defineDIV5//乘
#defineINT6//整数
#defineDOUBLE7//浮点数
structExprNode{
intn;//表达式节点类型
doublep;//表达式节点数据
};
structExprNodeinfixExpr[MAX_SIZE];//中缀表达式
intinfixLen;
structExprNodesuffixExpr[MAX_SIZE];//后缀表达式
intsuffixLen;
inttransStack[MAX_SIZE];//后缀转换栈
inttransTop;
structExprNodecalcuStack[MAX_SIZE];//后缀表达式运算栈
intcalcuTop;
//缓冲变量无字符则读入字符
//读入成功返回0,否者返回-1
__inlineintget_char（char*c）
{
if（*c=='\0'）returnscanf（"%c",c）;
return0;
}
//读入表达式
//若输入非法字符则返回-1，否则返回0
intinput_expr（void）
{
charc=0;
intflag=0,error=0,s,i;
infixLen=0;
while（get_char（&c）!
=-1）
{
switch（c）
{
case'\n':
flag=-1;break;
case'（':
infixExpr[infixLen++].n=LBRACKET;c=0;break;
case'）':
infixExpr[infixLen++].n=RBRACKET;c=0;break;
case'+':
infixExpr[infixLen++].n=ADD;c=0;break;
case'-':
infixExpr[infixLen++].n=SUB;c=0;break;
case'*':
infixExpr[infixLen++].n=MUL;c=0;break;
case'/':
infixExpr[infixLen++].n=DIV;c=0;break;
default:
if（c>='0'&&c<='9'||c=='.'）
{
if（c!
='.'）
{
infixExpr[infixLen].n=INT;
infixExpr[infixLen].p=c-'0';
s=0;
}
else
{
infixExpr[infixLen].n=DOUBLE;
infixExpr[infixLen].p=0;
s=1;
}
c=0;
while（get_char（&c）!
=-1）
{
if（c>='0'&&c<='9'）
{
infixExpr[infixLen].p=infixExpr[infixLen].p*10+（c-'0'）;
if（s）s++;
c=0;
}
elseif（c=='.'）
{
if（s）
{
error=-1;
}
else
{
infixExpr[infixLen].n=DOUBLE;
s++;
}
c=0;
}
elsebreak;
}
if（infixExpr[infixLen].n==DOUBLE）
{
for（i=1;i{
infixExpr[infixLen].p/=10;
}
}
infixLen++;
}
else
{
error=-1;
c=0;
}
break;
}
if（flag）break;
};
returnerror;
}
//优先级计算
//若a优先于b则返回-1,否则返回0
intpri（inta,intb）
{
intc[2],p[2],i;
c[0]=a;c[1]=b;
for（i=0;i<2;i++）
{
switch（c[i]）
{
caseLBRACKET:
p[i]=0;break;
caseADD:
caseSUB:
p[i]=1;break;
caseMUL:
caseDIV:
p[i]=2;break;
}
}
if（p[0]>=p[1]）
{
return-1;
}
return0;
}
//中缀表达式转换为后缀表达式
//括号不匹配返回-1,否则返回0
inttrans_expr（void）
{
inti,error=0,flag;
suffixLen=0;
transTop=0;
for（i=0;i{
if（infixExpr[i].n>=INT）//当读到数字直接送至输出队列中
{
suffixExpr[suffixLen++]=infixExpr[i];
}
elseif（infixExpr[i].n>RBRACKET）//当读入运算符时
{
//将栈中所有优先级高于或等于T的运算符弹出，送至输出队列
while（transTop>0）
{
if（pri（transStack[transTop-1],infixExpr[i].n））
{
suffixExpr[suffixLen++].n=transStack[--transTop];
}
elsebreak;
}
//再把运算符入栈
transStack[transTop++]=infixExpr[i].n;
}
elseif（infixExpr[i].n==LBRACKET）//读到左括号时总是将它压入栈中
{
transStack[transTop++]=infixExpr[i].n;
}
else//读到右括号时
{
flag=-1;
//将靠近栈顶的第一个左括号上面的运算符依次全部弹出，送至输出队列
while（transTop>0）
{
if（transStack[transTop-1]==LBRACKET）
{
flag=0;
break;
}
suffixExpr[suffixLen++].n=transStack[--transTop];
}
//再丢弃左括号
if（flag）error=-1;
elsetransTop--;
}
}
while（transTop>0）
{
if（transStack[transTop-1]==LBRACKET）
{
error=-1;
}
suffixExpr[suffixLen++].n=transStack[--transTop];
}
//在测试阶段输出后缀表达式
#ifdefTEST
for（i=0;i{
switch（suffixExpr[i].n）
{
caseADD:
printf（"+"）;break;
caseSUB:
printf（"-"）;break;
caseMUL:
printf（"*"）;break;
caseDIV:
printf（"/"）;break;
caseINT:
flag=suffixExpr[i].p;printf（"%d",flag）;break;
caseDOUBLE:
printf（"%lf",suffixExpr[i].p）;break;
}
}
#endif
returnerror;
}
//求最大值
__inlineintmaxn（inta,intb）
{
if（a>=b）returna;
returnb;
}
//计算a和b做c运算的结果
structExprNodecalcu（structExprNode*a,structExprNode*b,intc）
{
structExprNoder;
inti,j;
r.n=maxn（a->n,b->n）;
switch（c）
{
caseADD:
r.p=（a->p）+（b->p）;break;
caseSUB:
r.p=（a->p）-（b->p）;break;
caseMUL:
r.p=（a->p）*（b->p）;break;
caseDIV:
r.p=（a->p）/（b->p）;
if（r.n==INT）
{
i=a->p;
j=b->p;
if（i%j）r.n=DOUBLE;
}
break;
}
returnr;
}
//计算后缀表达式
//表达式计算失败返回-1,否则为0
intcalcu_expr（void）
{
inti,j,error=0;
structExprNodea[2],r;
calcuTop=0;
for（i=0;ierror;i++）
{
if（suffixExpr[i].n>=INT）//读到数字就将它压入栈S中
{
calcuStack[calcuTop++]=suffixExpr[i];
}
else//读到运算符
{
//从栈中依次弹出两个数X和Y
for（j=0;j<2;j++）
{
if（calcuTop）a[j]=calcuStack[--calcuTop];
elseerror=-1;
}
//以"X运算符Y"的形式计算出结果，再将结果压入栈S
if（!
error）
{
calcuStack[calcuTop++]=calcu（&a[1],&a[0],suffixExpr[i].n）;
}
}
}
if（calcuTop!
=1）error=-1;
returnerror;
}
//输出运算结果
voidshow（void）
{
inti,n;
#ifndefTEST
for（i=0;i{
switch（infixExpr[i].n）
{
caseLBRACKET:
printf（"（"）;break;
caseRBRACKET:
printf（"）"）;break;
caseADD:
printf（"+"）;break;
caseSUB:
printf（"-"）;break;
caseMUL:
printf（"*"）;break;
caseDIV:
printf（"/"）;break;
caseINT:
n=infixExpr[i].p;printf（"%d",n）;break;
caseDOUBLE:
printf（"%lf",infixExpr[i].p）;break;
}
}
#endif
if（calcuStack[0].n==INT）
{
n=calcuStack[0].p;
printf（"=%d\n",n）;
}
else
{
printf（"=%lf\n",calcuStack[0].p）;
}
}
intmain（intargc,charargv[]）
{
do
{
if（input_expr（））
{
printf（"请输入正确的表达式!
\n"）;
continue;
}
if（trans_expr（）!
=-1&&calcu_expr（）!
=-1）
{
show（）;
}
else
{
printf（"请输入正确的表达式!
\n"）;
}
}while
（1）;
return0;
}
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