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：
#defineＴESＴﻩﻩﻩ/／表示测试阶段
#ｄefｉneMAＸ＿ＳIZE 100//表达式长度
#ｄefinｅＬＢRACKEＴ0ﻩﻩ/／左括号
#deｆｉne RBRACKET1ﻩ/／右括号
#deｆineＡDD2ﻩﻩ//加
＃defｉnｅ SUB ３ﻩ//减
＃dｅfineMUＬ4ﻩ/／乘
#ｄefine DIV5ﻩ／／乘
#defineINＴ6ﻩﻩ//整数
#deｆineＤＯUＢLE７ﻩﻩ//浮点数
数据结构:
表达式节点
ｓtructExｐｒNode{
iｎtn;ﻩ／／表达式节点类型
dｏublep;ﻩ//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：
strucｔEｘｐrNode calcuStａck［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（int a,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
_＿inliｎe int maxn（ｉnta, intb ）
求最大值
ｓｔructExprNode calcu（sｔｒucｔEｘｐrNｏde*ａ,strucｔ EｘprNode*b,intｃ ）
计算a和b做c运算的结果
int calｃu_expｒ（ｖoid）
计算后缀表达式
表达式计算失败返回-１,否则为0
ﻩ
voidｓhoｗ（ｖoid）
输出运算结果
代码：
#ｉnclude＜ｓtｄio.h＞
//#ｄefineＴESＴﻩ//表示测试阶段
#ｄｅｆineＭAX_SＩＺE100ﻩ／／表达式长度
#defｉneLBＲACKＥT0ﻩ//左括号
#dｅfｉnｅRBRAＣKET １ﻩ//右括号
＃deｆinｅAＤD２ﻩﻩﻩ/／加
＃defiｎｅSUB 3ﻩ//减
＃dｅfｉne MＵＬ4ﻩ//乘
#deｆiｎe DIV５ﻩﻩ//乘
#defineIＮT ６ﻩﻩ／/整数
#defｉne DOＵBLE 7ﻩ//浮点数
ｓtrｕcｔＥxprＮｏｄe{
ｉnｔｎ；ﻩ//表达式节点类型
ﻩdoubleｐ；ﻩ//表达式节点数据
};
sｔrucｔExpｒＮodeinfixExpr[MＡＸ_SIZE]；/／中缀表达式
inｔinfｉxＬen；
ｓｔｒuctExｐｒＮodesｕffiｘExpr[MAX＿SIZＥ］;ﻩ/／后缀表达式
ｉntsuｆfiｘLeｎ;
ｉnttraｎsＳｔack［MAＸ_ＳＩZE];ﻩﻩ//后缀转换栈
ｉnttransTop;
struct ExpｒＮｏde calcuSｔack[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 ）
{
ﻩcｈar c=0;
int fｌag= 0，eｒror＝0,ｓ,ｉ;
ﻩiｎfｉxLen =0；
ﻩwhiｌe（ｇeｔ_cｈａr（＆c）!
＝-１）
ﻩ{
switch（c）
ﻩ｛
ﻩcasｅ'\n':
fｌaｇ=-1;breａk;
cａsｅ'（':
infixExpｒ［ｉｎfixLen++］.n = LＢＲACKET;c =0;bｒeａk；
ﻩﻩcａse'）':
infｉxExpr[infixＬeｎ++].n=ＲBRACＫＥT;ｃ= 0; bｒeaｋ;
ｃaｓe '+':
infiｘExpr[infiｘLen++].n=ADD；c=0； break;
ﻩcase＇-':
iｎfｉxＥｘｐr[infiｘLeｎ+＋].n =SUB;c=0;ｂｒeaｋ;
cａse'*':
ｉｎfixExｐr[iｎfiｘＬeｎ++].n= ＭＵL;c＝ ０; break;
ﻩcase'／＇:
inｆixExpr[infｉｘLen+＋].n= DIＶ;c＝ 0；brｅaｋ；
ﻩﻩdefaｕｌt:
ﻩiｆ（ｃ ＞='0'＆&ｃ＜='9＇||c＝='．＇）
{
if （c!
＝'.＇）
ﻩﻩ{
ﻩﻩinfiｘExpr[ｉnfixLen].n=INＴ;
ﻩｉnfiｘEｘpr[ｉnfixLen].p＝c－'0'；
ﻩﻩs= ０；
ﻩﻩ｝
ﻩﻩﻩelse
{
ﻩｉnfｉxＥxpr[infixLen].n= DOUBLＥ;
ﻩﻩﻩinfｉxExpｒ［infixLｅｎ].p＝０；
ﻩﻩﻩs＝１;
ﻩ｝
ﻩc＝0;
ﻩﻩｗhilｅ（gｅt_char（&c）!
=-1）
ﻩﻩﻩ{
ﻩif（c >＝'0' ＆&c＜＝'9'）
ﻩﻩﻩ{
ﻩﻩﻩﻩﻩinfixExpr[ｉｎfｉｘLeｎ].p＝infixＥｘpｒ[infixＬen］．p*10+（c-＇０'）；
ﻩﻩﻩﻩiｆ （ｓ ）s＋+;
ﻩc= 0；
ﻩﻩﻩﻩ}
ｅlseif（ｃ＝='.'）
ﻩ{
ﻩﻩif（s）
ﻩﻩﻩﻩﻩ{
ﻩﻩｅｒror ＝ -1;
ﻩﻩ}
ﻩﻩﻩﻩelsｅ
ﻩﻩ{
ﻩﻩﻩinfixExｐr[infixLen].n ＝DOＵBLE;
ﻩﻩs++;
ﻩﻩﻩﻩﻩ｝
ﻩﻩﻩｃ= 0;
ﻩﻩﻩ}
ﻩﻩelsｅbrｅak;
ﻩﻩ}
ﻩﻩﻩiｆ（infixＥxpr［iｎｆiｘLen].ｎ==DOUBLE）
ﻩﻩ｛
ﻩfｏｒ（ｉ=１; iﻩ{
ﻩﻩﻩｉnfixＥxpr[iｎｆixLen]．p/=1０;
ﻩﻩ}
ﻩﻩﻩ}
ﻩiｎfｉxLｅn＋+;
ﻩﻩﻩ｝
ﻩﻩeｌｓe
ﻩﻩ{
ﻩﻩﻩerror＝-1;
ﻩｃ＝0;
ﻩ}
ﻩﻩbreaｋ;
ﻩ}
ﻩif（ fｌag）ｂｒｅak；
}；
ﻩｒeｔurnｅrroｒ;
}
／/优先级计算
/／若a优先于b则返回-1,否则返回0
iｎtprｉ（ inｔa,iｎtｂ）
{
ﻩiｎｔc［2],p[2]，i;
c［0]=ａ;c[1］=ｂ;
ﻩfor （i ＝0;i <２;i+＋）
ﻩ{
ﻩswitch（c［i]）
ﻩ｛
ﻩcａseLBRAＣKET：
p[i]=0； breａk；
ﻩｃaseADD:
ﻩcaseSＵＢ:
ｐ［i]=1; ｂreａk;
caｓｅ MUＬ:
ﻩcａseDIV:
ｐ[i］ =2; bｒeak;
ﻩﻩ
ﻩﻩ}
ﻩ｝
ﻩiｆ（ p［0]＞＝ ｐ[1］）
{
ﻩretｕrn-1;
ﻩ}
ﻩrｅｔｕrn0;
}
//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
ｉnt trａns_expr（void）
{
inｔi, ｅrror＝0，fｌag;
ﻩsuffｉxLen=0;
trａｎsTop =0;
ﻩfor （ i =0;i{
ﻩiｆ（infixExpr[ｉ]．n>＝ ＩNＴ）ﻩ//当读到数字直接送至输出队列中
ﻩ{
ﻩｓufｆiｘExｐr［suffixLen＋+]＝ ｉnfｉｘEｘｐr[i]；
ﻩﻩ}
ﻩﻩelｓeｉf（infｉｘEｘpr[i］．n ＞RBRACKET ）//当读入运算符时
ﻩﻩ｛
ﻩ//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 ）
ﻩ{
ﻩif（pｒi（tｒansSｔａck[tｒａｎｓTop-１］,infixExpｒ［i］.n ））
ﻩﻩ｛
ﻩﻩｓuffiｘEｘpr[sufｆiｘLen＋+].ｎ=transＳtack[－－transTop］;
ﻩ｝
ﻩﻩﻩeｌsebｒeak；
}
ﻩﻩ//再把运算符入栈
ﻩﻩﻩtranｓStack[transTｏｐ＋+]＝iｎｆixEｘpr［i].n；
ﻩ｝
eｌse if（ｉｎfiｘExpr[ｉ］.n==LBRACＫEＴ）ﻩ//读到左括号时总是将它压入栈中
ﻩ｛
ﻩﻩﻩｔransStack[tranｓTop++] =ｉnfixＥxpr［i]．n;
ﻩ}
ﻩﻩelｓｅﻩ／/读到右括号时
ﻩ{
ﻩﻩﻩflag= －1;
ﻩﻩ//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
ﻩﻩﻩwhilｅ（tｒanｓTop > 0 ）
ﻩﻩ｛
ﻩﻩif（ tranｓStaｃk［tｒansToｐ-１]==ＬBRACＫET ）
ﻩﻩ{
ﻩｆlaｇ=0;
ﻩbreak;
ﻩﻩﻩ}
ｓuffiｘＥxpr［sｕffixLen+＋]．ｎ=traｎsStacｋ[－-trａnsＴop];
ﻩﻩ}
ﻩﻩﻩ//再丢弃左括号
ﻩﻩｉｆ （ flａｇ）error =-1;
ﻩﻩelsetransTop-－;
ﻩ}
ﻩ}
ﻩｗhile（ trａnｓTop>0）
ﻩ{
if（transStaｃk[ｔrａnｓＴop-1]==LＢＲACKET ）
ﻩ{
ﻩeｒror= -1；
ﻩ}
suffixExpr[sufｆixLen++］.n ＝ｔrａｎsStaｃｋ[-－ｔｒaｎsTop]；
ﻩ}
ﻩ
//在测试阶段输出后缀表达式
#ifｄｅfＴEST
ﻩfor（i=0；iﻩ{
ﻩﻩsｗitｃｈ（ suffixExpr[i].n）
ﻩ{
ﻩcａseADD:
pｒintｆ（"+ "）;ｂreak;
ﻩｃaseSUＢ:
printf（"－"）；brｅak;
caseMUL:
pｒintf（ ＂＊＂）； bｒeak；
ﻩcaseＤＩV：
printf（"/"）; brｅak；
ﻩcaｓｅＩNT：
flag=suffixExpr[ｉ]．ｐ;ｐｒiｎtf（"％d＂,flag）;break;
ﻩcａｓeＤOUＢＬE:
ｐrintｆ（ "%ｌｆ",sufｆiｘExpr[ｉ］.ｐ ）;breａk；
}
}
#endｉｆ
ﻩrｅturnerror;
}
//求最大值
__ｉnｌiｎeｉntmaｘn（ inta,intb）
{
ﻩif（ａ>＝b）returｎa;
ﻩreｔｕrn b;
｝
//计算ａ和b做c运算的结果
sｔｒuｃtＥxｐrＮｏｄecaｌcｕ（ sｔrucｔExｐrNode*a, struｃtExprNodｅ*ｂ，inｔｃ）
{
strｕctExpｒNoｄer;
ｉnt i,j;
r.ｎ=maxn（ａ－>n,b->ｎ）；
ﻩsｗitch （ c）
ﻩ｛
cａseＡDD：
ｒ.ｐ＝ （a-＞ｐ）+（ｂ->ｐ）; bｒｅak;
ﻩcase SUB:
ｒ.p=（a->ｐ）-（b－>p）；brｅak;
caｓeMUL:
r.ｐ= （ａ->p）*（b->p）;brｅａk；
ｃase DＩV：
r.ｐ=（a-＞ｐ）/（b->ｐ）；
ﻩﻩﻩ ｉf（ｒ.n＝=INT）
ﻩ{
ﻩﻩﻩﻩ ｉ＝ ａ->ｐ;
ﻩj=ｂ->ｐ;
ﻩﻩif（i%j）ｒ.ｎ=DＯUＢLE;
ﻩ}
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;
strｕcｔ EｘｐrNodea［2],ｒ；
ﻩcalcuTop ＝0；
ｆor（i= 0;i< suffiｘＬen&& !
error;ｉ++）
ﻩ{
if（ｓｕffixExpr［i]．ｎ>=INT ）／/读到数字就将它压入栈S中
ﻩ{
ﻩﻩｃａlcuＳｔack[ｃalcuTop++] = sufｆｉxExpr[ｉ];
ﻩ}
ﻩｅｌse//读到运算符
ﻩﻩ{
ﻩﻩ//从栈中依次弹出两个数Ｘ和Y
ﻩｆor （ｊ= ０；j < 2;ｊ＋+）
ﻩﻩ{
ﻩﻩﻩｉｆ （cａlcｕＴoｐ） a[ｊ］= calcｕStaｃk[--cａlｃuTｏp]；
elseｅrror＝-１；
ﻩ}
／/以＂Ｘ运算符Y"的形式计算出结果,再将结果压入栈S
iｆ （!
eｒror）
ﻩﻩ{
ﻩﻩcalcuSｔack[cａlcuTop++] =calcu（＆ａ[1]，＆a[０], ｓuｆｆｉxExｐr［i].ｎ ）;
ﻩﻩ｝
ﻩ}
ﻩ}
if（ｃalcuTop!
＝１） eｒror=-１；
ﻩretuｒn erroｒ;
｝
//输出运算结果
ｖoidshow（ｖｏｉd ）
｛
ﻩｉｎｔ i,n；
#ｉfｎdefTEST
ﻩfor（ i＝0; iﻩ{
ﻩswitch（infixExpr[i].n）
ﻩ｛
ﻩｃaseＬＢRAＣKET:
prｉnｔf（ ＂（ ＂）;break;
ﻩcａsｅ RBRAＣKET:
ｐrｉntf（ "）＂）; break;
ﻩｃase ADＤ:
ｐrinｔｆ（"+"）;ｂreａk;
ﻩcasｅSＵB:
printf（ "- "）;bｒeaｋ；
ﻩﻩcaseMUＬ:
prｉｎtｆ（"＊ "）; breａｋ;
ﻩｃaseＤIV:
priｎtｆ（ "／"）； break;
ｃase IＮＴ:
n =iｎfiｘExpr[i].p；pｒintｆ（"%ｄ ", n）;ｂrｅak；
ｃaseDＯＵＢLE:
printf（"%ｌf＂,infixExpr[i].ｐ）; brｅａk；
ﻩ｝
｝
#endif
ｉf（calcuStack[0]．ｎ==IＮT）
{
ﻩn ＝calcuStaｃk［0].p；
ｐrintf（"=%d\n",n ）；
ﻩ}
ﻩelｓe
ﻩ{
printf（"=%lｆ\n"， caｌcｕSｔack[0］.p）;
}
}
intｍaiｎ（intargc,cｈaｒaｒgv[]）
{
do
ﻩ{
ﻩｉf（ｉnｐut＿expr（））
{
ﻩｐriｎtｆ（＂请输入正确的表达式!
\n＂）;
ﻩﻩﻩcontinue;
ﻩ}
ﻩﻩｉf（trａｎs＿exｐｒ（）!
= -１＆&ｃａlcu_ｅxpｒ（）！
= -１）
ﻩ{
ﻩﻩｓhow（）;
ﻩ｝
eｌse
ﻩ{
ﻩﻩﻩpｒinｔf（＂请输入正确的表达式!
\ｎ＂ ）;
ﻩ}
｝whilｅ（１）;
rｅtｕrｎ ０;
}
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