北京理工大学 数据结构 实验报告 实验二简易计算器.docx
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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;
struct StackFloat *next;
}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;
typedef struct StackFloat{
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
intmain（）//主函数，用来输入输出和调用子函数
{
chars[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
gotok;
}
elseexit（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
#include
#include
#include
typedefintStatus;//将int定义为自定义数据类型
typedefstructStackChar{
charc;
structStackChar*next;
}SC;//存放算符的栈
typedefstructStackFloat{
floatf;
structStackFloat*next;
}SF;//存放数值的栈
charOPSET[9]={'+','-','*','/','（','）','#','^','%'};
unsignedcharPrior[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
floatEvaluateExpression（char*e）;//实现算符优先算法的函数
SC*Push1（SC*s,charc）;//使算符c进入算符栈
SF*Push2（SF*s,floatf）;//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
floatOperate（floata,unsignedchart,floatb）;//进行运算，a,b为数，t为运算符
StatusIn（charTest,char*TestOp）;//判断是不是运算符，返回是或不是
charprecede（charAop,charBop）;//判断优先级，返回'>'或'<'或'='
intReturnOpOrd（charop,char*TestOp）;//判断是哪个运算符
floatEvaluateExpression（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
charTempData[20];
floatData,a,b;
chartheta,*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（chara,charb）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）;
}
}
}
returnOPND->f;
}
SC*Push1（SC*s,charc）//使算符c进入算符栈
{
SC*p=（SC*）malloc（sizeof（SC））;
p->c=c;
p->next=s;
returnp;
}
SF*Push2（SF*s,floatf）//使数值f进入数值栈
{SF*p=（SF*）malloc（sizeof（SF））;
p->f=f;
p->next=s;
returnp;
}
SC*Pop1（SC*s）//使算符栈的栈顶元素出栈
{SC*q=s;
s=s->next;
free（q）;
returns;
}
SF*Pop2（SF*s）//使数值栈的栈顶元素出栈
{
SF*q=s;
s=s->next;
free（q）;
returns;
}
floatOperate（floata,unsignedchart,floatb）//进行运算，a,b为数，t为运算符
{
switch（t）
{
case'+':
returna+b;
case'-':
returna-b;
case'*':
returna*b;
case'/':
returna/b;
case'^':
returnpow（a,b）;
case'%':
{intc,d;c=b/1;d=a/1;returnd%c;}
default:
return0;
}
}
StatusIn（charTest,char*TestOp）//判断是不是运算符，返回是或不是
{
inti=0;
intflag=0;
for（i=0;i<9;i++）
{
if（Test==TestOp[i]）
flag=1;
}
returnflag;
}
charprecede（charAop,charBop）//判断优先级，返回'>'或'<'或'='
{
returnPrior[ReturnOpOrd（Aop,OPSET）][ReturnOpOrd（Bop,OPSET）];
}
intReturnOpOrd（charop,char*TestOp）//判断是哪个运算符
{inti=0;
for（i=0;i<9;i++）
if（op==TestOp[i]）
returni;
}
intmain（）//主函数，用来输入输出和调用子函数
{
chars[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
gotok;
}
else{printf（"\n已退出计算器！
"）;exit（0）;}
}
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