算术表达式的求解数据结构课程设计说明书 精品.docx
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算术表达式的求解数据结构课程设计说明书精品
中北大学
数据结构
课程设计说明书
学生姓名:
张蓓
学号：
1021011602
学院:
软件学院
专业:
软件工程
题目:
算术表达式的求解
指导教师
何志英
2011年12月20日
1.设计任务概述（包括系统总体框图及功能描述）
利用栈结构,求解用户正确输入的算术表达式,并实现保存、读取、清除功能，且对用户输入的错误信息进行提示,重新输入.
按下”Q”键
表达式错误
表达式正确
按下”S”键
按下”R”键
按下”E”键
按下“N”键
按下“Y”键
按下“Q”键
2.本设计所采用的数据结构（如：
链表、栈、树、图等）
本设计采用了栈结构，创建了两个栈，一个压入数字，另一个压入符号。
3.功能模块详细设计
3.1详细设计思想
求解表达式的主要思想是创建两个栈，一个是符号栈，另一个是数字栈。
符号栈关键是运算优先顺序，数字栈关键是多位数与小数的计算。
本程序设计了四个模块，第一个模块doubleresult（doublenum1,charop,doublenum2），主要目的是进行加减乘除运算的操作方法，num1与num2的关系；第二个模块intcompute（charstr[]），主要目的是对用户输入的算术表达式进行求解，其中对多位数与小数进行了定义与数值计算，以及带括号的表达式运算的优先顺序；第三个模块voidface（），主要目的是设计用户主界面；第四个模块是主函数，主要目的是将上述模块集中运用，进行求解。
至此完成利用栈结构求解表达式运算。
3.2核心代码
调用的库函数:
#include
#include
#include
#include
#include
自己定义的函数:
1）doubleresult（doublenum1,charop,doublenum2）进行加减乘除运算
2）intcompute（charstr[]）对用户输入的算术表达式进行求解
3）voidface（）用户主界面
4）main（）主函数
核心定义函数设计：
intcompute（charstr[]）
{
doublenum=0;
inti=0,j=1,k=1;
intFlag=0;
numTop=opTop=0;
while（str[i]!
='\0'||opTop>0）
{
if（str[i]>='0'&&str[i]<='9'）
if（Flag==0）
num=num*10+str[i]-'0';
else
{
num+=（str[i]-'0'）/（j*10.0）;
j*=10;
}
else
if（str[i]=='.'）
Flag=1;
else
if（k==1&&str[i]=='-'&&（i==0||op（str[i-1]）））
k=-1;
else
{
if（i>0&&!
op（str[i-1]）&&str[i]!
='（'&&str[i-1]!
='）'）
{
numStack[numTop++]=num*k;
num=0;j=1;Flag=0;k=1;
}
if（opTop==0||str[i]=='（'）
opStack[opTop++]=str[i];
else
if（str[i]=='）'）
{
while（opTop>0&&opStack[--opTop]!
='（'）
{
numStack[numTop-2]=result（numStack[numTop-2],opStack[opTop],numStack[numTop-1]）;
numTop--;
}
if（opStack[opTop]!
='（'）return0;
}
else
{
if（str[i]=='\0'&&numTop==0）return0;
while（opTop>0&&op（str[i]）<=op（opStack[opTop-1]））
{
numStack[numTop-2]=result（numStack[numTop-2],opStack[--opTop],numStack[numTop-1]）;
numTop--;
}
if（str[i]!
='\0'）
opStack[opTop++]=str[i];
}
}
if（str[i]!
='\0'）
i++;
}
if（numTop!
=1||opTop!
=0）
return0;
return1;
}
3.3程序运行结果（拷屏）
1运行程序，打开程序界面
2用户正确输入算术表达式的值
3如果在输入过程中出现错误,例如,出现两个乘号,按c键清除
4清除后
5正确输入算术表达式后按e得到正确结果
6按s键保存所得到的结果
7按r读出被保存的数据
8按q退出程序
9按Y退出
4.课程设计心得、存在问题及解决方法
通过本次课程设计,我巩固了栈的建立,入栈,出栈的操作,提高了发现问题进而解决问题的能力，深化了数据结构的基本知识，并进行了拓展实践。
最终，加强了程序设计的能力,并且能够有条理的安排各个函数的功能和位置。
曾经存在的问题：
1）利用栈判断小数存在，并求解小数运算。
2）考虑各个运算符的优先顺序。
解决方法：
1）利用小数点存在的判断，以及位数与数值的关系，除以十的倍数进行数值运算。
2）优先顺序自己先罗列一遍，以免遗漏。
将‘+’‘-’‘*’‘/’数字化，以此代表优先顺序。
‘（’‘）’单独处理。
附：
程序源代码：
#include
#include
#include
#include
#include
#defineN100
doublenumStack[N]={0};/*操作数堆栈*/
intnumTop;/*操作数堆栈栈顶相对栈底的偏移量,可以用来判断堆栈是否为空*/
charopStack[N];/*界符堆栈*/
intopTop;/*界符堆栈栈顶相对栈底的偏移量,可以用来判断堆栈是否为空*/
intop（charch）/*将运算符映射为数字,表示优先级*/
{
if（ch=='+'||ch=='-'）return2;
if（ch=='*'||ch=='/'）return3;
if（ch=='（'）return-1;
return0;
}
doubleresult（doublenum1,charop,doublenum2）/*执行运算*/
{
if（op=='+'）returnnum1+num2;
if（op=='-'）returnnum1-num2;
if（op=='*'）returnnum1*num2;
if（op=='/'）returnnum1/num2;
return0;
}
intcompute（charstr[]）/*利用栈结构对算术表达式进行求解,分析表达式*/
{
doublenum=0;
inti=0,j=1,k=1;/*j代表小数点后位数，k代表数字符号（正负）*/
intFlag=0;/*Flag=0表示不是小数位，1表示是小数位*/
numTop=opTop=0;
while（str[i]!
='\0'||opTop>0）/*如果算术表达式不为空*/
{
if（str[i]>='0'&&str[i]<='9'）/*如果当前字符是阿拉伯数字字符*/
if（Flag==0）
num=num*10+str[i]-'0';/*多位数计算*/
else
{
num+=（str[i]-'0'）/（j*10.0）;/*小数计算*/
j*=10;
}
else/*如果当前字符不是阿拉伯数字字符*/
if（str[i]=='.'）/*那么它是否小数点*/
Flag=1;/*设置标志,表明下一个应该是小数位,如果下一个不是小数位,应该归零*/
else/*如果当前字符不是阿拉伯数字字符,也不是小数点*/
if（k==1&&str[i]=='-'&&（i==0||op（str[i-1]）））/*如果当前字符是'-',符号标志为1,当前是第一个字符或前一个字符为'+','-','*','/','（'这些字符*/
k=-1;
else
{
if（i>0&&!
op（str[i-1]）&&str[i]!
='（'&&str[i-1]!
='）'）/*i>0且前一字符不是'+','-','*','/','（','）'这些字符,且当前字符不是'（'*/
{
numStack[numTop++]=num*k;/*压num*k入操作数堆栈*/
num=0;j=1;Flag=0;k=1;
}
if（opTop==0||str[i]=='（'）
opStack[opTop++]=str[i];/*如界符堆栈为空或当前字符为'（',将当前字符压入界符堆栈*/
else
if（str[i]=='）'）/*若当前字符为'）'*/
{
while（opTop>0&&opStack[--opTop]!
='（'）
{
numStack[numTop-2]=result（numStack[numTop-2],opStack[opTop],numStack[numTop-1]）;
numTop--;
}/*分别从操作数堆栈,界符堆栈出栈响应元素执行计算,结果送入操作数堆栈*/
/*直到遇到界符'（',这是正常情况,或者界符堆栈为空,这表明表达式是有错误的*/
if（opStack[opTop]!
='（'）return0;
}
else/*界符堆栈非空,当前字符不是'（',也不是'）'*/
{
if（str[i]=='\0'&&numTop==0）return0;/*如果表达式结束,或操作数堆栈已空,返回调用处*/
while（opTop>0&&op（str[i]）<=op（opStack[opTop-1]））
{
numStack[numTop-2]=result（numStack[numTop-2],opStack[--opTop],numStack[numTop-1]）;
numTop--;
}/*分别从操作数堆栈,界符堆栈出栈响应元素执行计算,结果送操作数堆栈*/
/*直到当前运算符的优先级低于栈元素的优先级,把当前字符压栈*/
if（str[i]!
='\0'）
opStack[opTop++]=str[i];
}
}
if（str[i]!
='\0'）
i++;
}
if（numTop!
=1||opTop!
=0）
return0;
return1;
}
/*程序主界面*/
voidface（）
{
system（"cls"）;
printf（"__________________________________________________________________\n"）;
printf（"保存数据（S）|读数（R）|清除（C）|等于（E）|退出（Q）\n"）;
printf（"------------------------------------------------------------------\n"）;
}
/*主函数*/
main（）
{
inti=0,j=0,k;
charstr[N]="\0";
charnum[N]="\0";
charsave[N]="\0";
charch;
doubletemp;
unsignedlongtemp2;
face（）;/*调用face函数*/
printf（"\n请输入一个算术表达式,按'E'得到结果\n"）;
ch=getch（）;
while
（1）
{
if（ch=='.'||ch=='）'||op（ch）||ch>='0'&&ch<='9'）
{
str[i++]=ch;
str[i]='\0';
face（）;/*调用face函数*/
printf（"请输入一个算术表达式,按'E'得到结果\n"）;
printf（"%s",str）;
if（ch=='-'&&（i==1||op（str[i-2]））||ch>='0'&&ch<='9'）
{
num[j++]=ch;
num[j]='\0';
}
elsej=0;
}
if（ch=='S'||ch=='s'）/*保存数据*/
if（strlen（num））
{
face（）;/*调用face函数*/
printf（"%s已经被保存\n",strcpy（save,num））;/*将num中的算术表达式保存到save中*/
printf（"请输入一个算术表达式,按'E'得到结果\n"）;
printf（"%s",str）;
}
else
{
face（）;/*调用face函数*/
printf（"没有数据被保存!
\n"）;/*没有输入算术表达式*/
printf（"请输入一个算术表达式,按'E'得到结果\n"）;
printf（"%s",str）;
}
if（ch=='R'||ch=='r'）/*读取数据*/
if（strlen（save））/*将保存的数据读出*/
{
face（）;/*调用face函数*/
printf（"请输入一个算术表达式,按'E'得到结果\n"）;
printf（"%s",strcat（str,save））;/*输出保存的数据*/
i+=strlen（save）;
}
if（ch=='C'||ch=='c'）/*清除数据*/
{
if（strlen（str））
str[--i]='\0';
face（）;/*调用face函数*/
printf（"请输入一个算术表达式,按'E'得到结果\n"）;
printf（"%s",str）;
}
if（ch=='E'||ch=='e'）/*求算术表达式的值*/
{
if（compute（str））
{
printf（"\n=%g\n",numStack[0]）;
j=0;temp=numStack[0];
}
else
{
face（）;/*调用face函数*/
printf（"请输入一个算术表达式,按'E'得到结果\n"）;
printf（"%s",str）;
printf（"\n输入的算术表达式有误!
"）;
}
i=0;j=0;str[0]='\0';
}
if（ch=='Q'||ch=='q'）/*退出程序*/
{
printf（"\n退出?
（是Y/否N）\n"）;
ch=getch（）;
if（ch=='Y'||ch=='y'）break;
else/*否定退出，程序继续运行*/
{
face（）;/*调用face函数*/
printf（"请输入一个表达式,按'E'得到结果\n"）;
printf（"%s",str）;
}
}
ch=getch（）;
}
}
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