数据结构课程设计用栈求表达式.docx
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数据结构课程设计用栈求表达式
课程设计报告
学院、系:
吉林大学珠海学院计算机科学与技术系
专业:
网络工程
班级:
十三班
课程设计科目
数据结构
学生姓名:
林艾鑫
指导教师:
余江
完成时间:
2010年10月-12月
题目十三、利用栈求表达式地值
一、设计任务与目标
编写程序实现表达式求值,即验证某算术表达式地正确性,若正确,则计算该算术表达式地值.
主要功能描述如下:
1、从键盘上输入表达式,以“=”号结束表达式.
2、分析该表达式是否合法:
(1)是数字,则判断该数字地合法性.若合法,则压入数据到堆栈中.
(2)是规定地运算符,则根据规则进行处理.在处理过程中,将计算该表达式地值.
(3)若是其它字符,则返回错误信息.
3、若上述处理过程中没有发现错误,则认为该表达式合法,并打印处理结果.
附加功能:
1.规定表达式地合法性
2.小数计算
3.计算记录地保存与查看
4.
(1)规定表达式地合法性,括号配对,不能出现“6++3”、“6+-3”等符号重叠地情况.
(2)表达式开头只能是数字或“(”,表达式中只能有一个“=”.
程序中应主要包含下面几个功能函数:
voidinitstack():
初始化堆栈
intmake_str():
语法检查并计算
intpush_num(doublenum):
将操作数压入堆栈
charprocede(chartop,charcode):
处理操作码
intchange_opnd(intoperate):
将字符型操作码转换成优先级
intchange_opnd(charcode):
将操作码压入堆栈
charpop_opnd(opnd*op):
将操作码弹出堆栈
intcaculate(intcur_opnd):
简单计算+,-,*,/
doublepop_num(num*nu):
弹出操作数
二、方案设计与论证
1.定义一个expression全局表达式结构体expr[1000]存放计算过地表达式(expstr[MAXSIZE])和计算结果(result)、一个计量器(i)、一个表达式字符串、一个操作码栈和一个操作数栈;
2.把表达式字符串从头到尾逐一扫描,将输入地表达式进行语法检查;
3.第一个字符只能是数字或“(”,最重一个字符只能是“=”;
4.表达式括号必须配对,中间不能出现“=”;
5.在“(”前面只能是“+、-、*、/、(”,在“+、-、*、/、=、)”前面只能是数字或“)”;
6.把表达式字符串从头到尾逐一扫描,直到表达式扫描完毕,操作码栈为空;
7.把字符根据运算优先级别选择操作;
8.把表达式中地数值部分字符串转成数值压入操作数栈;
9.是“(”直接压入到操作码栈,级别比操作码栈顶元素高地,把运算符压入操作码栈;
10.级别比操作码栈低地,弹出操作码栈地栈顶元素和操作数栈地两个栈顶元素,进行运算后再压入操作数栈;
11.是“)”,若操作码栈顶是“(”,把弹出操作码栈顶元素,否则“)”视为级别最低地元素,重复7;
12.最后计算出结果并将其存放在expr[i],计量器加1;
13.重复计算后,将结果保存在文件里,并统计计算次数;
14.查看多次计算结果,以表形式输出;
15.查看本次计算记录,以表形式输出;
16.清除计算记录,重新计算.
三、算法说明
(一)程序总共有如下函数:
主要函数:
voidstart(opnd*op,num*nu)//程序主菜单
voidstart2(opnd*op,num*nu)//第二层计算选择,子菜单
voidload()//显示所有计算记录
voidsave()//保存计算结果
voidcheck()//显示本次计算结果
voidresult(opnd*op,num*nu)//计算结果
doublecaculate(opnd*op,num*nu)//简单计算+,-,*,/
表达式处理函数:
intmake_str()//语法检查
doublechange_num(charstr[])//数字字符串转成double型数字
charprocede(chartop,charcode)//处理操作码,判断栈地操作
intchange_opnd(charcode)//字符型操作码转换优先级,非表达式字符返回-2
栈操作函数:
doubleget_num(num*nu)//查看操作数栈栈顶
doublepop_num(num*nu)//操作数栈出栈
intpush_num(num*nu,doubleda)//压入操作数栈
intempty_num(num*nu)//判空
voidinitstack(num*nu)
charget_opnd(opnd*op)//查看栈顶
charpop_opnd(opnd*op)//出栈
intpush_opnd(opnd*op,charco)//压栈
intempty_opnd(opnd*op)//判空
voidinitstack(opnd*op)//初始化栈
(二)函数间地调用关系:
●main():
主函数→start()。
↗load()→start()。
●start()程序模式函数→清空文件→exit()。
↘make_str()→result(op,nu)→start2()→start()。
↗load→start()。
●start2()子菜单→save()→start2()。
↘check()→start2()。
●result(op,nu)计算结果→initstack(op)→initstack(nu)→push_opnd(op,'=')→
↗push_num(nu,change_num(str2))。
→change_opnd(*ps)↗push_opnd(op,*ps);
↘procede(get_opnd(op),*ps)→pop_opnd(op)。
↘push_num(nu,caculate(op,nu))
●caculate(op,nu)→b=pop_num(nu)→a=pop_num(nu)→pop_opnd(op)
✓main()函数:
调用了一个函数start(),start()判断执行查看所有计算记录函数load(),或是清空以往地所有计算记录,或是退出程序,或是检查输入表达式语法make_str()并计算表达式result(op,nu)地操作.
✓result(op,nu)函数:
是计算表达式,调用了初始化栈函数和字符级别判断change_opnd(*ps),若是数字,则调用转化数字change_num(str2)然后压入操作数栈,若是运算符,刚调用判断操作procede(get_opnd(op),*ps),若是“<”,则压入操作码栈push_opnd(op,*ps),若是“=”,则弹出操作码栈顶pop_opnd(op),若是“>”,则弹出操作码栈地栈顶元素和操作数栈地两个栈顶元素,进行运算caculate(op,nu)后再压入操作数栈,计算完毕后按start()顺序运行.
✓start2()函数:
在计算结果后调用跟随地选择菜单,进行查看结果check()、保存结果save()、查看计算记录load()、回到主菜单地操作.
(三)流程图:
四、全部源程序清单
#include
#include
#include
#include
#defineMAXSIZE100
#defineN1000
inti=0。
//表达式数
structexpression//表达式结构
{
longdoubleresult。
charexpstr[MAXSIZE]。
}expr[N]。
//表达式地一个整体容器s
typedefstruct//操作码栈定义
{
charcode[MAXSIZE]。
inttop。
}opnd。
typedefstruct//操作数栈定义
{
doubledate[MAXSIZE]。
inttop。
}num。
//《——opnd栈操作——》:
voidinitstack(opnd*op)//初始化栈
{
op->top=-1。
}
intempty_opnd(opnd*op)//判空
{
if(op->top==-1)
return0。
elsereturn1。
}
intpush_opnd(opnd*op,charco)//压栈
{
if(op->top==MAXSIZE-1)
{
printf("The\"opnd\"stackisfull.")。
return0。
}
op->top++。
op->code[op->top]=co。
return1。
}
charpop_opnd(opnd*op)//出栈
{
chara='\0'。
if(op->top==-1)
{
printf("error:
The\"opnd\"stackisempty.")。
returna。
}
a=op->code[op->top]。
op->top--。
returna。
}
charget_opnd(opnd*op)//查看栈顶
{
chara='\0'。
if(op->top==-1)
{
printf("error:
The\"opnd\"stackisempty.")。
returna。
}
else
returnop->code[op->top]。
}
//《——num栈操作——》:
voidinitstack(num*nu)
{
nu->top=-1。
}
intempty_num(num*nu)//判空
{
if(nu->top==-1)
return0。
elsereturn1。
}
intpush_num(num*nu,doubleda)//压栈
{
if(nu->top==MAXSIZE-1)
{
printf("error:
The\"date\"stackisfull.")。
return0。
}
nu->top++。
nu->date[nu->top]=da。
return1。
}
doublepop_num(num*nu)//出栈
{
doublea='\0'。
if(nu->top==-1)
{
printf("error:
The\"date\"stackisempty.")。
returna。
}
a=nu->date[nu->top]。
nu->top--。
returna。
}
doubleget_num(num*nu)//查看栈顶
{
if(nu->top!
=-1)
returnnu->date[nu->top]。
}
//《——结束栈定义操作——》
//《——函数操作——》:
intchange_opnd(charcode)//将字符型操作码转换成优先级,非表达式字符反回-2
{
switch(code)
{
case'=':
return1。
break。
case')':
return2。
break。
case'+':
return3。
break。
case'-':
return3。
break。
case'*':
return4。
break。
case'/':
return4。
break。
case'(':
return0。
break。
//操作码级别>=0。
case'1':
case'2':
case'3':
case'4':
case'5':
case'6':
case'7':
case'8':
case'9':
case'0':
case'.':
return-1。
//操作数级别=-1;
default:
return-2。
//其它符号级别=-2
}
}
charprocede(chartop,charcode)//处理操作码,判断栈地操作
{
if(change_opnd(code)==0)//“(”入栈
return('<')。
else
if(change_opnd(code)==2&&change_opnd(top)==0)//“(”和“)”同时出现,“(”出栈,“)”不入栈
return('=')。
else
if(change_opnd(code)<=change_opnd(top))//弹出两个数字和一个符号进行计算
return('>')。
else
return('<')。
//入栈
}
doublechange_num(charstr[])//数字字符串转成double型数字
{
char*s=str。
intp=1,q=0。
//p=小数点前位数,q=小数点后位数
chard[]=".",z[]="0"。
doubleda=0。
if(strstr(str,d)==0)//判断是否有小数点
p=strlen(str)。
else
if(strstr(str,d)==str)//没有输入小数点前地数,如“.032”
{
p=1。
q=strlen(str)-1。
strcpy(str,strcat(z,str))。
}
else
{
p=strstr(str,d)-str。
q=strlen(str)-p-1。
}
for(inti=0。
i
i++)//小数点前地各位数乘以各自地阶数,然后叠加:
123=1*100+2*10+3*1
da=da+((int)str[i]-48)*pow(10,p-i-1)。
for(intj=0。
jj++)//小数点后地各位数乘以各自地阶数,然后叠加:
0.123=1*0.1+2*0.01+3*0.001
da=da+((int)str[strlen(str)-1-j]-48)*pow(0.1,q-j)。
returnda。
}
intmake_str()//语法检查
{
char*p,*p1。
intn=0。
printf("\n请输入表达式,以“=”结尾:
")。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
p1=p。
while
(1)
{
if(*p=='\0')
if(*(p-1)=='=')//语法检查结束
break。
else
{//没有以"="结尾
printf("\n表达式以\"=\"结尾.请重新输入:
")。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
n=0。
continue。
}
if(change_opnd(*p)==2)//一个")",n-1
n--。
if(change_opnd(*p)==0)//一个"(",n+1
n++。
if(*p1==*p)//第一个字符地判断,只能以“数字”或“(”开头,不能有非法字符
if(change_opnd(*p)>0)
{
printf("\n表达式只能以“数字”或“(”开头.请重新输入:
")。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
n=0。
continue。
}
else
if(change_opnd(*p)==-2)
{
printf("\n表达式\"%c\"为非法字符.请重新输入:
",*p)。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
n=0。
continue。
}
else
{//合法刚跳到下一个字符
p=p+1。
continue。
}
if(change_opnd(*p)==-2)//非法字符判断
{
printf("\n表达式\"%c\"为非法字符.请重新输入:
",*p)。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
n=0。
continue。
}
if(change_opnd(*p)==0)//"("前一个字符只能是"+、-、*、/、("
{
if(change_opnd(*(p-1))<3&&change_opnd(*(p-1))>4)
if(change_opnd(*(p-1))!
=0)
{
printf("\n表达式\"%c\"或\"%c\"不符合语法.请重新输入:
",*(p-1),*p)。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
n=0。
continue。
}
}
if(change_opnd(*p)>0)//"+、-、*、/、=、)"前一个字符只能是数字和")"
if(change_opnd(*(p-1))!
=-1)
if(change_opnd(*(p-1))!
=2)
{
printf("\n表达式\"%c\"或\"%c\"不符合语法.请重新输入:
",*(p-1),*p)。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
n=0。
continue。
}
if(change_opnd(*p)==1)//判断表达式中是否有"="重复出现,最后括号是否配对
{
if(*(p+1)!
='\0')
{
printf("\n表达式中\"=\",只能出现在表达式结束处.请重新输入:
")。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
n=0。
continue。
}
if(n!
=0)
{
printf("\n表达式括号不配.请重新输入:
")。
gets(expr[i].expstr)。
p=expr[i].expstr。
n=0。
continue。
}
}
p=p+1。
}
return1。
}
doublecaculate(opnd*op,num*nu)//简单计算+,-,*,/
{
doubleb=pop_num(nu),a=pop_num(nu)。
switch(pop_opnd(op))
{
case'+':
return(a+b)。
break。
case'-':
return(a-b)。
break。
case'*':
return(a*b)。
break。
case'/':
return(a/b)。
break。
}
}
voidresult(opnd*op,num*nu)//计算结果
{
charstr2[MAXSIZE]="",str3[2]="0"。
char*ps=expr[i].expstr。
initstack(op)。
//初始化栈
initstack(nu)。
push_opnd(op,'=')。
while(!
((*ps=='=')&&(get_opnd(op)=='=')))//检查是表达式和操作码是否到尾
if(change_opnd(*ps)==-1)//操作数处理
{
while(change_opnd(*ps)==-1)
{
strncpy(str3,ps,1)。
//数字字符一个个取出放在str2
strcat(str2,str3)。
ps++。
}
push_num(nu,change_num(str2))。
strcpy(str2,"")。
}
else//操作码处理
{
switch(procede(get_opnd(op),*ps))
{
case'<':
push_opnd(op,*ps)。
break。
case'=':
pop_opnd(op)。
break。
case'>':
push_num(nu,caculate(op,nu))。
continue。
break。
}
if(*ps==')'&&get_opnd(op)=='=')
{
ps++。
continue。
}
if(*ps=='='||get_opnd(op)=='=')
continue。
//表达式和操作码有一个到尾,则跳出继续循环
ps++。
}
expr[i].result=get_num(nu)。
printf("\n\t表达式:
%s\t计算结果:
%lf\n",expr[i].expstr,expr[i].result)。
printf("\t----------------------------------------------------------------\n")。
i++。
//表达式个数加1;
}
voidcheck()//显示计算结果
{
for(intn=0。
n
n++)
{
printf("\n")。
printf("\t%d--------------------------------------------------------------\n",n+1)。
printf("\t表达式:
%s",expr[n].expstr)。
printf("\t计算结果:
%.2lf\n",expr[n].result)。
if(expr[n].expstr[0]=='#')break。
//只显示当次计算地记录
}
printf("\t---------