表达式求值课程设计报告文档格式.docx

1、运算先乘除，后加减；同级运算从左到右。如下表达式：50+（6*3+2）要求：（1）用C/C+语言编写一个程序将这组学生成绩输入到计算机中，数据运算的存储逻辑结构为栈。（2）程序要能正确处理表达式的优先级、输出正确运算结果。最终设计成果形式为：1、设计好的软件一套；2、撰写一份课程设计说明书一份，打印并装订成册。指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：1 课题描述12 设计思路23 算法设计34 程序代码55 测试及分析.126 总结.13参考文献.131 课题描述 表达式求值是程序设计语言编译中的一个最基本问题。表达式求值在计算机中的实现是栈结构在计算机中的一个典型应用。这里使用“

2、算符优先算法”实现表达式求值。 要把一个表达式翻译成正确求值的一个机器指令序列，或者直接对表达式求值，首先要能够正确解释表达式。例如对表达式求值：首先要了解算术四则运算的规则。即：先算括号内，后算括号外；先乘除后加减；同级运算顺序从左到右；所以，这个表达式的运算顺序为：50+（6*3+2）=50+（18+2）=50+20=70算符优先算法就是根据这个运算优先关系来编译或者解释执行的。2 设计思路2.1表达式的输入：表达式从键盘输入，存入字符串数组中。2.2运算的实现：任何一个表达式都是由操作数（operand）、运算符（operator）和界限符（delimiter）组成的。可以把运算符和界限

3、符统称为算符，根据算术运算规则，在运算的每一步中，任意两个相继出现的算符opt1和opt2之间的优先关系至多是下面三种关系之一：opt1opt2，即opt1的优先级高于opt2。表1定义了算符间的优先关系： Opt2Opt1+-*/（）#=NULL表1输入的表达式（包含运算符和操作数）以字符串的形式输入，故需要一个字符串数组存储键盘的输入。在对输入的表达式求值前，应先检查输入的合法性。只有正确的输入才能输出正确的计算结果。算符优先算法运算需要两个栈：操作数栈（OPND）和运算符栈（OPTR）。栈可以采用数组实现，并定义栈的相关操作：初始化、压栈、出栈、判断栈满、判断栈空等相关操作。输入的字符串

4、解析分离出操作数和运算符，分别进入操作数栈和运算符栈。运算始终在栈顶实现，最终操作数栈只剩一个元素，即运算结果。3算法设计使用两个工作栈：一个称作OPTR，用以寄存运算符；另一个称作OPTD，用以寄存操作数或运算结果。算法的基本思想是：（1）置操作数栈为空栈，表达式起始符“#”为运算符栈的栈底元素；（2）依次读入表达式中的每个字符，若是操作数则进入OPND栈，若是运算符则和OPTR栈的栈顶元素比较优先级后进行相应的操作，直至整个表达式求值完毕（即OPTR栈的栈顶元素和当前字符串读入的字符均为“#”）。算法如下：OperandType EvaluateExpression（）/算术表达式求值的算

5、符优先算法。OPTR和OPND分别为运算符栈和运算数栈/OP为运算符集合+、-、*、/、（、）、#、. InitStack（OPTR）; Push（OPTR, #）; InitStack（OPND）; c = getchar（）; while （c!=# | GetTop（OPTR）!=#） if （!IsOpt（c）Push（OPND, c）; /不是运算符则进栈；else switch （Precede（GetTop（OPTR）, c） case /退栈并将运算结果入栈 Pop（OPTR, theta）; Pop（OPND, b）; Pop（OPND, a）; Push（OPND, Ope

6、rate（a, theta, b）;/switch/whileReturn GetTop（OPND）;/EvaluateExpression算法中还调用了两个函数。其中Precede是判定运算符栈的栈顶运算符opt1与读入的运算符opt2之间优先关系的函数；Operate为进行二元运算a opt b的函数，如果是编译表达式，则产生这个运算的一组相应指令并返回存放结果的中间变量名；如果是解释执行表达式，则直接进行该运算，并返回运算的结果。程序流程图如下：4程序代码#if 0/*2015年9月8日09:10:14表达式求值算法算符优先算法的实现*/#endif#define Debuging 0

7、/当值为一时，开启调试#include stdlib.hstring.h#define OVERFLOW -2#define ERROR 0#define INFEASIBLE -1#define OK 1#define TRUE 1#define FALSE 0#define OPERAND double#define OPERATOR char#define STACK_INIT_SIZE 100#define STACKINCREMENT 10#define MAX_QUEUE_SIZE 100#define OPERATORNUM 8 /操作符的数量typedef struct /*定

8、义操作数栈*/ OPERAND * base; OPERAND * top; int iStackSize;OPNDStack, *pOPNDStack; /*定义运算符栈*/ OPERATOR * base; OPERATOR * top;OPTRStack, *pOPTRStack;char cOpt = +, -*/（）#.;char cPriority77 = ,=, NULL, NULL, int InitOPNDStack（pOPNDStack S）;OPERAND GetOPNDTop（pOPNDStack S）;int PushOPND（pOPNDStack, OPERAND

9、e）;int PopOPND（pOPNDStack S, OPERAND * e）;int InitOPTRStack（pOPTRStack S）;OPERATOR GetOPTRTop（pOPTRStack S）;int PushOPTR（pOPTRStack S, OPERATOR e）;int PopOPTR（pOPTRStack S, OPERATOR * e）;OPERAND Operate（OPERAND fOperandA, OPERATOR cOperator, OPERAND fOperandB）;OPERAND EvaluateExpression（char * Expre

10、ssion）;int WhichOptNum（char opt）;int IsOpt（char opt）;int CheckExpression（char *Expression）;int main（void） /表达式求值算符优先算法 OPERAND e = 0.0; char Expression50 = ; system（color f0）; while（OK） fflush（stdin）; printf（输入表达式： gets（Expression）; strcat（Expression, # /printf（%s, cPriority）; if （CheckExpression（Ex

11、pression） e = EvaluateExpression（Expression）; printf（Answer = %fn, e）; else输入中缀表达式有误！n continue; return 0;/mainint InitOPNDStack（pOPNDStack S） /构造一个空栈，栈内数据类型为OPND（浮点数据） S-base = （OPERAND *）malloc（STACK_INIT_SIZE * sizeof（OPERAND）;S-base） exit（OVERFLOW）; /这么写错误处理显然还不成熟top = S-base;iStackSize = STACK_

12、INIT_SIZE; return OK;/InitOPNDStackOPERAND GetOPNDTop（pOPNDStack S） /读取栈顶元素，不删除栈顶元素 if （S-top = S- /栈空 return *（S-top - 1）;/GetOPNDTopint PushOPND（pOPNDStack S, OPERAND e） /将新的OPND元素入栈，栈满则增加空间top - S-base = S-iStackSize） S-base=（OPERAND*）realloc（S-base, （S-iStackSize+STACKINCREMENT）*sizeof（OPERAND）;

13、 if （! exit（OVERFLOW）; /空间不够了base + S-iStackSize;iStackSize += STACKINCREMENT;#if Debuging增加OPND空间辣！ system（pause /if *（S-top+） = e;/PushOPNDint PopOPND（pOPNDStack S, OPERAND * e） /若栈不空，删除S栈顶元素，并用e返回其值 return ERROR; *e = *（-S-top）;/PopOPNDint InitOPTRStack（pOPTRStack S） /构造一个空栈，栈内数据类型为OPTRbase = （OP

14、ERATOR *）malloc（STACK_INIT_SIZE * sizeof（OPERATOR）;/InitOPTRStackOPERATOR GetOPTRTop（pOPTRStack S） /栈空/GetOPTRTop/哎。重复造轮子int PushOPTR（pOPTRStack S, OPERATOR e） /将新的OPTR元素入栈，栈满则增加空间base=（OPERATOR*）realloc（S-iStackSize + STACKINCREMENT）*sizeof（OPERATOR）; /空间不够增加OPTR空间辣！/PshOPTRint PopOPTR（pOPTRStack S

15、, OPERATOR * e）/PopOPTROPERAND Operate（OPERAND fOperandA, OPERATOR cOperator, OPERAND fOperandB） /将操作数计算后返回 switch （cOperator） case : return （fOperandA + fOperandB）; break; return （fOperandA - fOperandB）; return （fOperandA * fOperandB）; return （fOperandA / fOperandB）; default:运算出了BUG。中彩蛋了。 /OperateO

16、PERAND EvaluateExpression（char * Expression） /算符优先算法 OPNDStack NumStack; OPTRStack OptStack; char c = int i = 0; OPERATOR opt = 0; OPERAND tmp = 0.0, fTmp = 0.0, iTmp, j = 0.0, fOperandB, fOperandA; InitOPNDStack（&NumStack）; InitOPTRStack（&OptStack）; PushOPTR（&OptStack, c = Expressioni+; while（c !=

17、| GetOPTRTop（&OptStack） !）IsOpt（c） fTmp = 0.0; iTmp = c-0 c = Expressioni+; while（! iTmp = iTmp * 10 + c- c = Expressioni+; if （c = for （j = 0.1; !IsOpt（c）; j *= 0.1） fTmp += j * （c - c = Expressioni+; /这里不需要了else tmp = iTmp + fTmp; PushOPND（&NumStack, tmp）; else switch （cPriorityWhichOptNum（GetOPTR

18、Top（&OptStack）WhichOptNum（c） case PushOPTR（&OptStack, c）; break; PopOPTR（&OptStack, &c）; /脱括号接收下一字符opt）; PopOPND（&NumStack, &fOperandB）;fOperandA）; PushOPND（&NumStack, Operate（fOperandA, opt, fOperandB）; /switch tmp = GetOPNDTop（& free（NumStack.base）; free（OptStack.base）; return tmp;int WhichOptNum（

19、char opt） /检测操作符所在的位置 for （i = 0; i & Expressioni 9） | IsOpt（Expressioni） if （IsOpt（Expressioni）&IsOpt（Expressioni+1） （Expressioni!Expressioni+1!） return 0; else +i; continue; return 0;Expressioni） return 1;/CheckExpression5 测试及分析在数据范围不溢出的情况下本设计仅可能出现两种情况：（1）输入正确的中缀表达式，输出正确的计算结果。（2）输入错误的中缀表达式，报告输入错误并要求重新输入。表5.1设计的试验结果：输入输出（1）输入正确705+5+5+5+5+5+5354.5*3-（1+2）/110.5（2）输入错误6+8“输入中缀表达式有误”3+dh“输入中缀表