《小型计算器》Word文档.docx
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《小型计算器》Word文档
实验报告
课程名称算法与数据结构
姓名何劼
专业计算机科学与技术
部别
指导教员
日期年月日
实验项目列表
序号
实验项目名称
成绩
01
稀疏多项式
02
小型计算器
03
04
05
06
07
08
09
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11
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13
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15
16
总评成绩：
教员签字：
实验报告
姓名：
何劼学号：
专业：
计算机科学与技术部别：
实验地点：
实验时间：
2012、3、20设备编号：
同组人员：
指导教员签字：
成绩：
教员评语：
一、实验名称
编写模拟小型计算器功能的程序。
二、实验目的
1.掌握栈的应用。
2.掌握“拼数”技术。
3.掌握字符串处理方法。
三、实验内容和要求
（1）完成对正整数的加减乘除运算，不进行错误检查。
输入一个数，一个运算符和另一个数，按=键和Enter键。
输出计算结果。
例如，输入：
123+305=
按Enter键后，输出计算结果。
（2）完成正整数的混合四则运算，要考虑优先级，但算式中不带括号，程序不作错误检查。
例如，输入：
12+34*54-21/3=
按Enter键后，输出计算结果。
（3）完成实数的混合四则运算，不作错误检查。
（4）完成带括号的混合四则运算，不作错误检查。
例如，输入：
12*（2+4）/5=
按Enter键后，输出计算结果。
（5）完成带负数，带数学函数的混合四则运算。
例如，输入：
-12.3+sin（0.12）=
按Enter键后，输出计算结果。
这一层主要练习如何处理负数和函数等“一目”运算。
（6）完成带错误检查的．用于任一数学表达式的计算。
当检查到错误时．最好指明错误的位置和出错原因。
例如，在第5个字符处少右括号、或少运算符、多运算符、数值中出现字母等非数值字符。
四、实验环境
1．硬件环境：
PC机
2．软件环境：
Windows操作系统，VC++集成开发环境
五、算法设计思想
题目的第一级即一个简单的整数拼数函数，所以程序主要问题是从第二级开始的。
模拟人脑的进行正整数四则运算的过程，设计者发现，运算符的运算优先次序与栈的“后进先出”特点是相切合的，所以整个程序是建立在栈结构的基础之上的。
但是，运算式是由数字和和运算符构成的，所以建立了一个数栈（num）一个符号栈（symb）。
当扫描指针扫描到数时，调用拼数函数，然后将得到的数字进入数栈；反之扫描到符号时，则需调用优先级比较函数（judge），比较符号栈顶的符号和扫描到的符号的优先级。
若后者优先级大于前者，则扫描到的运算符入栈，扫描指针后移；如果栈顶元素优先级高于扫描到的函数，则调用计算函数（count）进行计算。
Count函数将弹出符号栈中的栈顶元素和数栈的两个元素，然后两者进行弹出的运算符所对应的计算。
得到的结果存入数栈，然后扫描指针后移。
当符号栈中的元素为空并且扫描指针指向“=”号时，输出结果。
第二级运算实现。
第三级只是将前一级中的拼数函数进行了补充修改，用以实现实数的拼数问题。
这里就不加赘述了。
第四级是要求完成带括号的运算。
设计者对括号进行了以下条件限制：
●左括号直接入栈；
●左、右括号优先级均比一般运算符（+、-、*、/、^）低；
●扫描指针为右括号并且符号栈栈顶元素为左括号时，左括号出栈，扫描指针后移。
通过这三条即可使得括号里面的内容先进行计算。
第五级要求实现负数、sin（）等一目运算。
当扫描到字母时，调用转换函数（change2），将输入的字母字符串和负号转换为对应的单个字符运算符（这样便于judge函数的判断和count函数的计算）。
然后根据具体运算先后次序补充judge函数优先级，补充count函数。
即实现了一目运算。
六、主要问题与解决方法
（一）当程序刚调试完成时，整个程序代码很混乱，if语句的嵌套过多。
其中单单求解函数（result）长度就多达130行，使人阅读起来非常的不方便。
于是，设计者根据需要，将拼数函数、字符串转换函数、优先级比较函数和计算函数单独提取了出来，并且加上了一些必要的备注，增加了程序的可读性，便于日后查看修改。
（二）实现第二级时，当第一个符号入栈时，符号栈为空，无法做优先级比较。
所以设计者一开始便在符号栈的栈底填入了一个“#”，其优先级最低。
输入字符串
sin
cos
tan
负号（-）
对应运算符
s
c
t
f
（三）当扫描指针读取到sin的时候，实际上是读到的s、i、n单个字符，于是编写了change2函数，以实现类似于拼数函数的功能。
一开始设计者考虑的是用字符数组的结构，通过指针扫描的方式实现，但在实际编写过程中发现这样做过于复杂且问题太多，考虑到数学函数名较短的特点，便直接采用了条件结构if加&&符号的方式实现。
对应关系如下：
（四）为了方便用户连续计算，于是在主函数里面加入了选择循环的指令，使用户使用更加方便。
七、实验结果
程序实现了题目第一到五级的要求，运算结果保留两位小数。
以下是实际运算界面的截图：
第一级
第二级
第三级
第四级
第五级
第六级查错（不完全）
而对于题目的第六级，目前设计者的思路是编写一个检查函数（check），然后根据运算式的合法规则，对原字符数组进行检查。
但由于需要考虑的问题很多，所以暂时没有能够实现。
八、体会、质疑、建议
通过这次小型计算器程序的编写，我对栈的概念有了更深的认识，特别是对于栈独特的结构特点有了进一步的认识。
而刚拿到实验题目的时候，我只有一些片段性的思路，然而需要考虑的问题却太多，使得自己一时间无从下手。
后来，根据题目的步步深入，一级一级的实现，发现问题竟变得简单了许多。
这也给了我一个启示：
以后面对问题时，要学会将问题分块、分步骤的思考解决，或许会更加容易。
另外，这是个程序也是我们所遇到过的比较复杂的一个程序，这个程序的完成，使得自己更有信心完成后续的课程。
最后，还有一个小插曲。
由于前一份实验报告因为系统还原丢失了，需要手工输入的字又比较多，所以我就想找一个可以识别图片上的文字的软件。
到XX上查了一下，竟然还专门有这样一门名叫0CR光学字符识别的技术。
下载了相关软件后，我将课本上的文字用数码相机照了下来，然后运行了软件，将其成功的转化成了电子稿。
这也算我做这个实验一个收获吧！
九、源代码
.cpp文件连接
/***********************************************************/
/*本程序可继续添加单目和双目的运算如arcsin（）,arccos（）等等*/
#include
#include
#include
#include
#defineN100//多项式的字符长度
#defineSUCC1
#defineFAIL0
unsignedm=50;//栈的初始长度
unsigneddelta=10;//栈的追加长度
typedefchareletype1;
typedefeletype1*eptr1;
typedefdoubleeletype2;
typedefeletype2*eptr2;
eptr1p1;
eptr2p2;
voidnumpush（eptr2&p2,eptr2&top2,eletype2x）//数栈进栈函数
//p2为数栈的起始指针
//top2为数栈栈顶指针
//x为进栈的数
{if（top2==p2+m）
{m+=delta;
p2=（eptr2）realloc（p2,m*sizeof（eletype2））;
top2=p2+m-delta;
}
top2++;
*top2=x;
}
intnumpop（eptr2&p2,eptr2&top2,eletype2&x）//数栈出栈函数
//p2为数栈的起始指针
//top2为数栈栈顶指针
//x用来记录出栈的数
{
if（top2==p2）returnFAIL;
x=*top2;
top2--;
returnSUCC;
}
voidsymbpush（eptr1&p1,eptr1&top1,eletype1x）//符号栈进栈函数
//p1为字符栈的起始指针
//top1为字符栈栈顶指针
//x为进栈的字符
{if（top1==p1+m）
{m+=delta;
p1=（eptr1）realloc（p1,m*sizeof（eletype1））;
top1=p1+m-delta;
}
++top1;
*top1=x;
}
intsymbpop（eptr1&p1,eptr1&top1,eletype1&x）//符号栈出栈函数
//p1为字符栈的起始指针
//top1为字符栈栈顶指针
//x用来记录出栈的字符
{
if（top1==p1）returnFAIL;
x=*top1;
top1--;
returnSUCC;
}
intjudge（charp,chara）//存优先级表以及做优先级比较的函数
{
eletype1symb[]={'+','-','j','s','c','t','*','/','^','=','#','（','）'};
intfirst[]={2,2,3,4,4,4,5,5,6,0,-1,1,1};
inti=0,j=0;
while（a!
=symb[i]）i++;
while（p!
=symb[j]）j++;
if（first[i]>first[j]）return（SUCC）;
elsereturn（FAIL）;
}
voidchange（eletype1a[],int&i,eletype2&q）//拼数函数
{eletype2r=0,r1=1;
q=0;
while（a[i]>='0'&&a[i]<='9'）//拼整数部分
{q=q*10+a[i]-'0';
i++;}
if（a[i]=='.'）
{i++;
while（a[i]>='0'&&a[i]<='9'）//拼小数部分
{r1=r1*0.1;
r=r+（a[i]-'0'）*r1;
i++;}
}
q=q+r;
}
voidchange2（eletype1a[],int&i,eletype1&w）
//单目运算返回字符的转换
{
if（a[i]=='-'）
{i=i+1;w='j';}
elseif（a[i]=='s'&&a[i+1]=='i'&&a[i+2]=='n'）
{i=i+3;w='s';}
elseif（a[i]=='c'&&a[i+1]=='o'&&a[i+2]=='s'）
{i=i+3;w='c';}
elseif（a[i]=='t'&&a[i+1]=='a'&&a[i+2]=='n'）
{i=i+3;w='t';}
}
intcheck（eletype1str[]）//查错函数（不完全）
{
inti=0,l=0,r=0;
while（str[i]）
{
if（str[i]=='（'）
l++;
elseif（str[i]=='）'）//左右括号数目限制
r++;
elseif（str[i-1]>='0'&&str[i-1]<='9'&&i!
=0&&str[i+1]>='0'&&str[i+1]<='9'）
//字符中出现非法字符
{if（str[i]!
='+'&&str[i]!
='-'&&str[i]!
='*'&&str[i]!
='/'&&str[i]!
='^'&&str[i]!
='.'&&!
（str[i]>='0'&&str[i]<='9'））
{printf（"第%d个字符位置出现非法字符。
\n",i+1）;return0;}}
i++;}
if（lelseif（l>r）{printf（"缺少一个右括号\n"）;return0;}
return1;
}
eletype2count（eptr1&p1,eptr1&top1,eptr2&p2,eptr2&top2）//计算函数，包括单目运算和双目运算
{eletype1w;
eletype2y,z;
symbpop（p1,top1,w）;
switch（w）
{
case'+':
numpop（p2,top2,z）;
numpop（p2,top2,y）;
z=y+z;break;
case'-':
numpop（p2,top2,z）;
numpop（p2,top2,y）;
z=y-z;break;
case'*':
numpop（p2,top2,z）;
numpop（p2,top2,y）;
z=y*z;break;
case'/':
numpop（p2,top2,z）;
numpop（p2,top2,y）;
z=y/z;break;
case'^':
numpop（p2,top2,z）;
numpop（p2,top2,y）;
z=pow（y,z）;break;
case'j':
numpop（p2,top2,z）;
z=-z;break;
case's':
numpop（p2,top2,z）;
z=sin（z）;break;
case't':
numpop（p2,top2,z）;
z=tan（z）;break;
case'c':
numpop（p2,top2,z）;
z=cos（z）;break;
default:
printf（"error!
\n"）;break;
}
return（z）;}
voidresult（eletype1a[]）
{
eptr1p1,top1;
eptr2p2,top2;
inti=0;
eletype1w;
eletype2z=0,q;
top1=p1=（eptr1）malloc（m*sizeof（eletype1））;
top2=p2=（eptr2）malloc（m*sizeof（eletype2））;
*top1='#';
*top2=NULL;
while（a[i]）
{
/***********************数字的处理**************************/
if（a[i]>='0'&&a[i]<='9'）
{change（a,i,q）;
numpush（p2,top2,q）;//实数进栈
q=0;}
/************************符号的处理**************************/
if（*top1=='#'&&a[i]=='='）{printf（"%7.2f\n",*top2）;break;}
elseif（（a[i]>='a'&&a[i]<='z'||a[i]=='-'）&&（i==0||!
（a[i-1]>='0'&&a[i-1]<='9'||a[i-1]=='）'）））
{change2（a,i,w）;
symbpush（p1,top1,w）;}
elseif（*top1=='（'&&a[i]=='）'）//左右括号相遇，则消去栈中的左括号
{symbpop（p1,top1,w）;
i++;}
elseif（a[i]=='（'）//左括号直接进栈
{symbpush（p1,top1,a[i]）;
i++;}
elseif（judge（*top1,a[i]））//判断优先级，比栈顶元素大进栈，反之栈顶出栈
{
symbpush（p1,top1,a[i]）;
i++;
}
/*********************************************************/
else
{z=count（p1,top1,p2,top2）;
numpush（p2,top2,z）;}
}
}
voidmain（）
{
inti,a;
eletype1str[N];
printf（"本计算器可执行包括+，-，*，/，^，sin（），cos（），tan（）的多步科学计算。
\n结果保留两位小数。
\n"）;
do
{printf（"请输入计算式：
\n"）;
scanf（"%s",str）;//输入表达式
if（check（str））
result（str）;//求解函数
for（i=0;str[i]!
='\0';i++）
str[i]='\0';
printf（"是否继续计算？
1、是；2、否\n"）;
scanf（"%d",&a）;
}while（a==1）;
printf（"谢谢使用,再见!
\n"）;
}
（注：
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