003课程设计报告10065012舒焕.docx
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003课程设计报告10065012舒焕
表达式类型的实现
一目的
熟练掌握《数据结构》课程的相关知识，完成一个具有一定难度的综合设计题目，熟练使用c/c++语言进行程序设计，并且规范完成课程设计报告。
巩固《数据结构》里的字符串，树等理论知识的理解，掌握现实复杂问题的分析建模和解决方法，提高利用计算机分析解决综合性实际问题的基本能力。
二需求分析
1、功能
1、将前缀表达式输入到字符串数组中，并且存储到二叉树中。
2、将二叉树中的表达式以中缀的表达式形式输出，有必要的地方加（）。
3、对存储前缀表达式的字符串数组进行查询，有未知变量的进行赋值，并且赋值完后存储到该字符串数组中。
并且更新二叉树里的数据。
4、对已经赋值完了的二叉树进行求值。
2、输入
输入的形式以字符串的形式输入到字符串数组中，并且输入的数字字符都是个位数的运算，不能执行十位以上的运算。
可以输入未知变量，如a，b，c，当对未知变量赋值时，未知变量可以是十位以上的数字，但在运算过程中，结果不得超过256,也就是asc码的范围。
例如输入0；a；-91；+a*b5；+-9/62-ab4。
3、输出
该程序的输出分为两步，第一步:
将前缀表达式转化为中缀表达式，存储到字符串数组中，并输出；第二步：
输出表达式测试的结果，并判断是否正确。
对上面的输入，正确的输出应该为0；a；9-1；a+b*5；9-6/2*（a-b）+4；
三概要设计
1、变量定义
宏定义的有，MAXSTR，表示表达式的长度最大限度。
全局变量定义，char类型的str[MAXSTR]，用来存储前缀表达式；char类型的str1[MAXSTR],用来存储中缀表达式，并且有必要加括号的时候也包含括号；结构体类型的树和全局变量树指针T，具体定义如下：
typedefstructBitNode{
unsignedchardata;
intstatus;
structBitNode*lchild,*rchild;
}BitNode,*BitTree;
Int类型的overflow，表示当数据大于256时，溢出，不能用符号的asc码表示，需要做一定的处理，int类型的m，用来存储溢出时是256的多少倍。
2、模块设计
模块分为四个模块，前缀表达式的输入模块，中缀表达式输出模块（必要时带号），给未知变量赋值模块，求值模块。
1、前缀表达式输入模块分为两个函数
voidinput（）输入前缀表达式函数，判断前缀表达式的正确性，正确之后存储到全局变量str中，
voidcreatBT（BitTree&T1,int&i），将前缀表达式存储到二叉树中。
2、中缀表达式输出模块的函数为
voidout_express（BitTreeT,int&len）
以中缀的形式读取二叉树中的数据，并判断运算符的优先级，在必要的地方加入括号，存储到str1数组中，
voidout_express（BitTreeT,int&len）函数中嵌套有
charprecedence（charzifu_child,charzifu_parents）函数，
判断运算符的优先级，其中
charprecedence（charzifu_child,charzifu_parents）又嵌套
intcharToint（charzifu）函数
intcharToint（charzifu）将运算符的优先级用数字来表示，并且比较大小。
3、未知变量赋值模块包含两个函数
voidassignment（）
函数将str[]数组中的未知变量赋值并且将赋值以后的数据存储到str[]数组中
voidcreatBT（BitTree&T1,int&i）
以中缀的形式存储到二叉树中。
4、求值模块函数为
voidcout（BitTree&T1）
该函数将结果转化为字符并且存储在二叉树的头结点中。
四详细设计
1、变量定义
#defineMAXSTR50表示表达式的长度最大限度
typedefstructBitNode{
unsignedchardata;
intstatus;//用来表示表达式的变量1，常量2，运算符3，
structBitNode*lchild,*rchild;
}BitNode,*BitTree;
charstr[MAXSTR];//全局变量，用来存储前缀表达式，用来输入
charstr1[MAXSTR];//全局变量，用来存储中缀表达式，并且输出
intoverflow=0;//判断结果是否超出字符最大的ASCII码数字255；
intm;//用来存储溢出时是256的多少倍。
BitTreeT;//用来存储数据的二叉树指针
2、模块设计
1、前缀表达式输入函数
voidinput（）{该函数用存储前缀表达式
inti;
intlength;
intchar_num,int_num;
char_num=0;int_num=0;
printf（"请输入正确的前缀表达式"）;
scanf（"%s",str）;
if（str[0]!
='+'&&str[0]!
='-'&&str[0]!
='*'&&str[0]!
='/'）//第一个不是运算符，则前缀表达式输入错误
printf（"表达式输入错误，请从新输入一遍\n"）;
length=strlen（str）;
for（i=0;i{
if（str[i]=='+'||str[i]=='-'||str[i]=='*'||str[i]=='/'）
char_num++;
else
int_num++;
}
if（int_num!
=char_num+1）//如果变量的个数不是等于运算符的个数，则前缀表达式输入错误
printf（"表达式输入错误，请从新输入一遍\n"）;
}并且存储到二叉树中用到函数voidcreatBT（BitTree&T1,int&i）{
T1=（BitTree）malloc（sizeof（BitTree））;
if（str[i]=='\0'）
return;
if（str[i]<='9'&&str[i]>='0'）
{
T1->data=str[i];
T1->status=2;
T1->lchild=T1->rchild=NULL;
}
elseif（str[i]=='+'||str[i]=='-'||str[i]=='*'||str[i]=='/'）//将运算符存储在根节点
{
T1->data=str[i];
T1->status=3;
i++;
creatBT（T1->lchild,i）;
i++;
creatBT（T1->rchild,i）;
}
elseif（str[i]<='z'&&str[i]>='a'）
{
T1->data=str[i];
T1->status=1;
T1->lchild=T1->rchild=NULL;
}
}该函数将数组str中的表达式存储到二叉树中
2、中缀表达式输出函数
voidout_express（BitTreeT,int&len）{
chartemp;
if（!
T）return;
if（T->lchild）{
if（T->lchild->status!
=3）str1[len++]=T->lchild->data;
else{
temp=precedence（T->lchild->data,T->data）;判断做孩子与根节点运算符的优先级，必要时加上括号。
并且存储到str1[]数组中
switch（temp）{
case'<':
str1[len++]='（';
out_express（T->lchild,len）;
str1[len++]='）';
break;
case'=':
case'>':
out_express（T->lchild,len）;
break;
}
}
}
str1[len++]=T->data;
if（T->rchild）{
if（T->rchild->status!
=3）str1[len++]=T->rchild->data;
else{
temp=precedence（T->rchild->data,T->data）;
switch（temp）{
case'<':
str1[len++]='（';
out_express（T->rchild,len）;
str1[len++]='）';
break;
case'=':
case'>':
out_express（T->rchild,len）;
break;
}
}
}
}其中嵌套函数charprecedence（charzifu_child,charzifu_parents）{
chartemp;
intm,n;
m=charToint（zifu_child）;
n=charToint（zifu_parents）;
if（m-n>0）
{
temp='>';
returntemp;
}
elseif（m-n==0）
{
temp='=';
returntemp;
}
else{
temp='<';
returntemp;
}
}再嵌套函数intcharToint（charzifu）{
if（zifu=='+'||zifu=='-'）
return1;
if（zifu=='*'||zifu=='/'）
return2;
return0;
}
3、赋值函数
voidassignment（）{
charbianliang[MAXSTR];
intk=1,j,str_length;
intc;
str_length=strlen（str）;
for（inti=0;iif（str[i]<='z'&&str[i]>='a'）搜索变量并且存储到bianliang【】数组中
{
bianliang[k]=str[i];
for（j=1;jif（bianliang[j]==bianliang[k]）变量有重复就舍去，
{
bianliang[k]='\0';
k--;
}
k++;
}
for（j=1;j{
printf（"第%d个变量%c赋值为:
\n",j,bianliang[j]）;
scanf（"%d",&c）；给变量赋值
for（i=0;iif（str[i]==bianliang[j]）赋值以后存储到str【】数组中
str[i]=c+'0';
}
printf（"用来测试赋值是否成功%s\n",str）;
}
4、求值函数
voidcout（BitTree&T1）{用后跟遍历的方法求二叉树中的值，并且用递归的方法
inta,b,result;
if（!
T1->lchild&&!
T1->rchild）
return;
if（T1->lchild->status==3）
cout（T1->lchild）;
if（T1->rchild->status==3）
cout（T1->rchild）;
if（T1->lchild->status==2&&T1->rchild->status==2）
{
a=T1->lchild->data-48;
b=T1->rchild->data-48;
switch（T1->data）
{
case'+':
result=a+b;break;
case'-':
result=a-b;break;
case'*':
result=a*b;break;
case'/':
result=a/b;break;
}
if（result+48>255）//溢出，超出asc码的范围，特殊处理
{
m=（result+48）/256;
overflow=1;
result=result+48-256*m;
}
T1->data=result+48;
T1->status=2;
}
}
五调试分析
1、输入模块
输入前缀表达式时，基本的判断了前缀表达式是否正确，但更深层次的判断还没有实现。
比如首字符必须为运算符，运算符比变量少一个。
这种判断能实现，但如果像*222*这种前缀表达式就不能判断，会使程序出问题。
现在还没得到解决。
2、中缀表达式输出
通过中根遍历的方法，比较运算符的优先级，在需要时加上括号，并且都存储到数组str1[]主要还是递归的方法，这个函数没出什么问题。
3、赋值函数
首先在数组str中找出未知变量，存储到bianliang数组中，重复的未知变量记录一次，利用循环在str数组中找到与bianliang数组中对应的字符并赋值。
这时，出现了一个问题，就是当赋值时，用到scanf（"%c",&c），str[i]=c出错，然后更改c为int型的数据，并且用scanf（"%d",&c）;赋值str[i]=c+'0'，这时才正确，虽然改对了，但还是不懂为什么。
4、求值函数
只有一个问题，就是当数据结果大于256时，超出了asc码的范围，就需要用到溢出overflow变量来处理，将结果减去溢出256的多少倍，就能用符号存储了，在输出结果时再加上减去的数据就可以了。
六测试结果
开始运行程序，显示菜单，选择1，输入表达式，
表达式输入错误后，又回到菜单，选择1，重新输入表达式0，并且选择2，查看表达式
又重新输入1，测试任务书里给的数据，查看程序结果是否正确。
继续测试表达式数据-91.
测试有未知变量的表达式数据+a*b5。
测试有未知数据并且转换成中缀表达式有括号的表达式数据+-9*/62-ab4。
选择3，给表达式赋值，然后选择4，给表达式求值。
测试若果结果超出asc码的范围，计算结果是否正确。
选择菜单之外的选择时，提示输入错误。
选择0，结束程序运行。
七用户使用说明
1、本程序的运行环境为vc6.0执行文件为expressText.cpp
2、用户界面为
3、用户只需要根据提示来输入。
4、若要退出只需输入0。
八课程设计总结
在这次课程设计中，我学会了很多东西，并且也温习了之前所学的一些知识。
对二叉树的运用，以及在遍历二叉树时所用到的递归算法。
尤其在前缀表达式转化为中缀表达式和二叉树求值的时候，递归用得特是时候，非常的好。
其次在赋值模块里，也通过全局变量数组来存储变量，并且在for循环的作用下，给每一个变量赋值，然后存储到二叉树中，最后求值。
不过，在这次程序设计中，也遇到了跟多困难，主要是在求值模块里，当数据超出范围，也就是asc码的范围256，就要通过减去256的多少倍来实现运算。
但还不是很完美，在运算当中如果出现溢出，就会出错，但我现在还不知道怎么处理，只有最后结果溢出，才能处理。
不过在以后的学习中，我还会跟加努力的学习。
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