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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗報告總結(jié)
設(shè)計題目：模擬計算器程序
學(xué)生姓名：謝先斌
系 別：計算機(jī)與通信工程學(xué)院
專 業(yè)：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)
班 級：1班
學(xué) 號：541007010144
指導(dǎo)教師：盧冰 李曄
2012 年 6 月 21 日
鄭州輕工業(yè)學(xué)院
課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書
題目 模擬計算器程序
專業(yè)、班級 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)10-01班 學(xué)號 541007010144 姓名 謝先斌
主要內(nèi)容：
設(shè)計一個模擬計算器的程序，要求能對包含加、減、乘、除、括號運(yùn)算符及SQR和ABS函數(shù)的任意整型表達(dá)式進(jìn)行求解。
基本要求：
要檢查有關(guān)運(yùn)算的條件，并對錯誤的條件產(chǎn)生報警。
主要參考資料：
[1] 嚴(yán)蔚敏 吳偉民 編著《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版)》 清華大學(xué)出版社 第44頁 3.1 棧、第52頁3.2.5表達(dá)式求值
完 成 期 限： 2012年6月21日
指導(dǎo)教師簽名：
課程負(fù)責(zé)人簽名：
2012年 6月 21 日
一、 設(shè)計題目
模擬計算器的程序
設(shè)計一個模擬計算器的程序，要求能對包含加、減、乘、除、括號運(yùn)算符及SQR和ABS函數(shù)的任意整型表達(dá)式進(jìn)行求解。
設(shè)計要求：要檢查有關(guān)運(yùn)算的條件，并對錯誤的條件產(chǎn)生報警。
二、 算法設(shè)計的思想
本程序設(shè)計主要是應(yīng)用了棧，利用棧的“先進(jìn)后出”原理，建立了兩個棧，分別為運(yùn)算符棧pOStack和運(yùn)算數(shù)棧pDStack。算法的基本思想(參考課本p53頁)是：
(1) 首先置操作數(shù)棧為pDStack空棧，表達(dá)式起始符為“=”，位運(yùn)算符棧的棧底元素;
(2) 依次讀入表達(dá)式中的每個字符，若是操作數(shù)則進(jìn)入pDStack棧，若是運(yùn)算符則和pOStack棧的棧定運(yùn)算符比較優(yōu)先權(quán)后作相應(yīng)操作，直到整個表達(dá)式求值完畢(即pOStack棧的棧定元素和當(dāng)前讀入的字符均為“=” )。
三、 算法的流程圖
本程序的流程如下附圖1所示：
附圖1 程序流程圖
四、 算法設(shè)計分析
首先創(chuàng)建了兩個棧：
typedef struct OPStack //定義運(yùn)算符棧
{
char opStack[MAX_OPERATOR_NUM];
int top;
}OPStack, *pOPStack;
typedef struct DATAStack //定義運(yùn)算數(shù)棧
{
double stack[MAX_DATA_NUM];
int top;
}DATAStack, *pDATAStack;
來分別存放運(yùn)算符和運(yùn)算數(shù)。在兩個結(jié)構(gòu)體中均有一個top數(shù)據(jù)域，當(dāng)top=-1時，表示該站為空棧。
定義一個Evaluateexpression_r()函數(shù)來完成函數(shù)運(yùn)算的主要功能：讀入表達(dá)式，并計算結(jié)果。以下是對該函數(shù)的分析：
當(dāng)一次運(yùn)算開始時，分別調(diào)用InitpOPStack(pOPStack &pOStack)函數(shù)和InitpDATAStack(pDATAStack &pDStack)函數(shù)分別對運(yùn)算符棧和運(yùn)算數(shù)棧進(jìn)行初始化。調(diào)用PushOPStack(pOStack, '=')函數(shù)來完成運(yùn)算符棧棧低元素的設(shè)置。
通過PushOPStack(pOPStack &pOStack, char ch)函數(shù)、
PopOPStack(pOPStack &pOStack, char &ch)函數(shù)、
PushDATAStack(pDATAStack &pDStack, double d)函數(shù)和PopDATAStack(pDATAStack &pDStack, double &d)函數(shù)來分別完成運(yùn)算符和運(yùn)輸數(shù)的進(jìn)出棧操作。getToppOPStack(pOPStack &pOStack)函數(shù)和getToppDATAStack(pDATAStack &pDStack) 函數(shù)主要是進(jìn)行得到棧定元素的作用，特別是在對運(yùn)算符棧優(yōu)先級的比較中十分重要，其中還會調(diào)用IsOP(char &ch) 函數(shù)來區(qū)分讀入的是運(yùn)算符還是運(yùn)算數(shù)。
ChangeChar(char &c)函數(shù)當(dāng)每次讀入一個字符是都會調(diào)用一次，主要的作用就是完成不用區(qū)分A、S的大小的功能。
Precede(char op1, char op2)函數(shù)主要是通過一個二維字符串?dāng)?shù)組來存放9種運(yùn)算符的優(yōu)先級比較的結(jié)果，每當(dāng)讀到一個運(yùn)算符后就進(jìn)行與運(yùn)算符棧頂元素比較，通過返回的“<、>、=”結(jié)果來進(jìn)行下一步的操作：'<'表示棧頂元素優(yōu)先級低，運(yùn)算符進(jìn)棧;'='表示脫括號并接受下一個字符;'>'表示運(yùn)算符和運(yùn)算數(shù)各退棧一次并調(diào)用Operate(double a, char theta, double b)函數(shù)(主要是對出棧的運(yùn)算符和運(yùn)算數(shù)進(jìn)行計算)，最后將運(yùn)算結(jié)果壓入運(yùn)算數(shù)棧pDStack。
當(dāng)操作結(jié)束時運(yùn)算數(shù)棧的棧頂元素就是計算結(jié)果，分別調(diào)用ClearpOPStack(pOStack)函數(shù)清空運(yùn)算符棧、ClearpDATAStack(pDStack)函數(shù)清空運(yùn)算數(shù)棧以待下一次繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)操作。
print_user()函數(shù)和exit_E()函數(shù)開始和結(jié)束時個調(diào)用一次，分別完成歡迎界面和退出界面的布置。main()是本程序的主函數(shù)，主要通過while語句和switch語句來完成本程序的運(yùn)行，當(dāng)輸入Y(y)時調(diào)用Evaluateexpression_r()函數(shù)完成計算，當(dāng)輸入N(n)時，調(diào)用exit_E()函數(shù)退出本程序的運(yùn)行。
本程序還考慮到各種異常的處理，如運(yùn)算時除數(shù)為0、被開方數(shù)為0等情況的出現(xiàn)，最終的處理是直接退出程序的運(yùn)行。
五、 運(yùn)行結(jié)果分析
1. 程序開始界面，如附圖2：
附圖2 開始界面
2.如下附圖3，附圖4分別是選擇進(jìn)入和退出程序界面：
附圖3(在以下界面輸入計算式即可運(yùn)行出計算結(jié)果如附圖5)
附圖4 退出界面
附圖5 運(yùn)行界面
2. 對異常的處理
a) 對異常1除數(shù)為0，如輸入“1+2/0=”程序?qū)⒅苯油顺�，如附圖6：
附圖6 異常1除數(shù)為0
b) 對異常2被開方數(shù)為負(fù)數(shù)，如輸入“3+S(-9)=”程序?qū)⒅苯油顺觯绺綀D7：
附圖7 異常2被開方數(shù)為負(fù)數(shù)
3.以下是對各種簡單運(yùn)算的運(yùn)行結(jié)果，如附圖8：
附圖8 簡單運(yùn)算
3. 綜合運(yùn)算：如式子“1/2+A(7-8)-S(9*8)=”運(yùn)行結(jié)果如附圖9
附圖9 綜合運(yùn)算
六、 收獲及體會
本程序以C語言的棧的相關(guān)知識為基礎(chǔ)，通過控制兩個棧(運(yùn)算數(shù)棧和運(yùn)算符棧)的進(jìn)出的棧操作，來實現(xiàn)對包含加、減、乘、除、括號運(yùn)算符及SQRT和ABS函數(shù)的任意整型表達(dá)式的求解運(yùn)算。
從程序的編寫來看，感覺這次自己真的學(xué)到了好多，特別是對程序的開發(fā)流程。從最初的選定程序，到最終的程序運(yùn)行成功，讓我感到如果是僅僅掌握課本上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠很好的應(yīng)用到實際的編程中去的。在這個過程中還需要我們更多的去考慮到實際條件的種種限制和約束。
我在寫本程序的過程中也遇到了很多的問題，當(dāng)然本程序的核心問題就是對兩個棧的壓出棧操作，需要做優(yōu)先級判斷，并要考慮什么時候進(jìn)棧，什么時候出棧等操作。我采用了課本上第52-54頁講的通過一個二維字符串?dāng)?shù)組來控制比較“+-*、()AS=”共9個運(yùn)算符的優(yōu)先級控制。對異常，如除數(shù)為0、被開方數(shù)小于0等異常也進(jìn)行了精心的處理。對操作過程中要用到的Y、N、A、S等字符也進(jìn)行了改進(jìn)，最終本程序可以不區(qū)分大小寫就完成相關(guān)操作。
總之，經(jīng)過本次專業(yè)課程設(shè)計，讓我掌握了開發(fā)應(yīng)用軟件的基本流程，運(yùn)用所學(xué)編程技能的基本技巧，也讓我初步了解了軟件設(shè)計的基本方法，提高進(jìn)行工程設(shè)計的基本技能及分析、解決實際問題的能力，為以后畢業(yè)設(shè)計和工程實踐等打下良好的基礎(chǔ)。相信通過這次的課程設(shè)計，我對所學(xué)的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版)》和各種編程語言都有了一個全新的認(rèn)識。我也會積極吸取本次課程設(shè)計的經(jīng)驗，繼續(xù)研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和所學(xué)的各種編程語言。
七、 源代碼
# include
# include
# include
# include
# define MAX_OPERATOR_NUM 100 //運(yùn)算符棧數(shù)組長度
# define MAX_DATA_NUM 100 //運(yùn)算數(shù)棧數(shù)組長度
typedef struct OPStack //定義運(yùn)算符棧
{
char opStack[MAX_OPERATOR_NUM];
int top;
}OPStack, *pOPStack;
typedef struct DATAStack //定義運(yùn)算數(shù)棧
{
double stack[MAX_DATA_NUM];
int top;
}DATAStack, *pDATAStack;
void InitpOPStack(pOPStack &pOStack) //初始化運(yùn)算符棧
{
if( !(pOStack = (pOPStack)malloc(sizeof(OPStack)))) //為運(yùn)算符棧分配空間
{
printf("分配內(nèi)存空間失敗! ");
exit(-1);
}
pOStack->top = -1;
}
void InitpDATAStack(pDATAStack &pDStack) //初始化運(yùn)算數(shù)棧
{
if( !(pDStack = (pDATAStack)malloc(sizeof(DATAStack)))) //為運(yùn)算數(shù)棧分配空間
{
printf("分配內(nèi)存空間失敗! ");
exit(-1);
}
pDStack->top = -1;
}
void PushOPStack(pOPStack &pOStack, char ch) //運(yùn)算符進(jìn)棧
{
pOStack->opStack[++(pOStack->top)] = ch;
}
void PopOPStack(pOPStack &pOStack, char &ch) //運(yùn)算符出棧
{
ch = pOStack->opStack[pOStack->top];
pOStack->top--;
}
void PushDATAStack(pDATAStack &pDStack, double d) //運(yùn)算數(shù)進(jìn)棧
{
++(pDStack->top);
pDStack->stack[pDStack->top] = d;
}
void PopDATAStack(pDATAStack &pDStack, double &d) //運(yùn)算數(shù)出棧
{
d = pDStack->stack[pDStack->top];
pDStack->top--;
}
void ClearpOPStack(pOPStack &pOStack) //清空運(yùn)算符棧
{
pOStack->top = -1;
}
void ClearpDATAStack(pDATAStack &pDStack) //清空運(yùn)算數(shù)棧
{
pDStack->top = -1;
}
char GetToppOPStack(pOPStack &pOStack) //獲取運(yùn)算符棧頂元素
{
return pOStack->opStack[pOStack->top];
}
double GetToppDATAStack(pDATAStack &pDStack) //獲取運(yùn)算數(shù)棧頂元素
{
return pDStack->stack[pDStack->top];
}
bool IsOP(char &ch) //區(qū)分 運(yùn)算符 和 運(yùn)算數(shù) 的函數(shù)，是運(yùn)算符時返回true,否則返回false
{ //判斷是否為符號
if ( (ch == '+') || (ch == '-') || (ch == '*') || (ch == '/') || (ch == '=') || (ch == 'A') || (ch == 'S') || (ch == 'a') || (ch == 's') || (ch == '(') || (ch == ')') )
return true;
else
return false;
}
char Precede(char op1, char op2) //參考《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》(C語言版)第53頁 3.2.5表達(dá)式求值 表 3.1
{
char tab[9][10]; //定義字符串的二維數(shù)組來存放運(yùn)算符優(yōu)先級的關(guān)系
strcpy( tab[0], ">><<<><<>" );
strcpy( tab[1], ">><<<><<>" );
strcpy( tab[2], ">>>><><<>" );
strcpy( tab[3], ">>>><><<>" );
strcpy( tab[4], "<<<<<=<
strcpy( tab[5], ">>>>E>>>>" );
strcpy( tab[6], ">>>><>>>>" );
strcpy( tab[7], ">>>><>>>>" );
strcpy( tab[8], "<<<<
printf(" | ***歡迎您的下次使用!謝謝!!!*** | "); //退出使用
printf(" |~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~| ");
}
double Operate(double a, char theta, double b) //對出棧的運(yùn)算符和運(yùn)算數(shù)進(jìn)行計算
{
double s;
switch(theta)
{
case '+':
s = a + b;
break;
case '-':
s = a - b;
break;
case '*':
s = a * b;
break;
case '/':
if ( b != 0 ) //判斷除數(shù)是否為0，若為0，退出程序
{
s = a/b;
break;
}
else
{
printf(" #### 除數(shù)為0，非法運(yùn)算。程序終止! #### ");
exit_E(); //打印結(jié)束菜單
exit(-1);
}
case 'A':
s = fabs(b); //調(diào)用FABS()函數(shù)
break;
case 'S':
if( b >= 0) //判斷被開方數(shù)是否為0，若為0，退出程序
{
s = sqrt(b); //調(diào)用SQRT()函數(shù)
break;
}
else
{
printf(" #### 求負(fù)數(shù)的平方根是非法運(yùn)算。程序終止! #### ");
exit_E(); //打印結(jié)束菜單
exit(-1);
}
}
return s;
}
char ChangeChar(char &c) //通過ChangeChar函數(shù)來把a(bǔ)、s的小寫字母改為大寫的
{
if( c == 'a' )
c = 'A';
else if( c == 's' )
c = 'S';
return c;
}
//參考《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》(C語言版)第53頁 3.2.5表達(dá)式求值算法3.4 Evaluateexpression_r()函數(shù)
void Evaluateexpression_r() //計算函數(shù)：讀入表達(dá)式，并計算結(jié)果
{
pOPStack pOStack; //聲明運(yùn)算符棧
pDATAStack pDStack; //聲明運(yùn)算數(shù)棧
double result; //存運(yùn)算的結(jié)果
char x, theta, c; //c存放讀取的字符,x、theta存放運(yùn)算符棧的棧頂元素
int flag, data; //標(biāo)識符，用來讀入連續(xù)的數(shù)字
double s;
double getd; //存放GetTop***的結(jié)果
double a, b, cc; //a,b存放數(shù)據(jù)棧出棧的棧頂元素, c存放運(yùn)算結(jié)果
flag = 0; //初始化標(biāo)識符，用來判斷字符串中的連續(xù)數(shù)字
data = 0; //
InitpOPStack(pOStack); //初始化運(yùn)算符棧
InitpDATAStack(pDStack); //初始化運(yùn)算數(shù)棧
PushOPStack(pOStack, '='); //在運(yùn)算符棧底放入'='
printf(" &請輸入表達(dá)式以'='結(jié)束：");
c = get); //讀入字符
ChangeChar(c); //通過調(diào)用函數(shù)來實現(xiàn)把小寫的a、s改為大寫的A、S
while( c != '=' || GetToppOPStack(pOStack) != '=')
{
if( !IsOP(c) ) //不是運(yùn)算符進(jìn)棧
{
s = c - '0'; //把字符轉(zhuǎn)化為數(shù)字
if ( flag == 1 )
{
PopDATAStack(pDStack, getd);
s = getd*10 + s;
}
PushDATAStack(pDStack, s);
flag = 1;
c = get);
ChangeChar(c);
}
else
{
flag = 0;
switch( Precede(GetToppOPStack(pOStack), c) ) //輸入元素和運(yùn)算符棧頂元素比較
{
case '<': //棧頂元素優(yōu)先級低
PushOPStack(pOStack, c);
c = get);
ChangeChar(c);
break;
case '=': //托括號并接受下一個字符
PopOPStack(pOStack, x);
c = get);
ChangeChar(c);
break;
case '>': //退棧并將運(yùn)算結(jié)果進(jìn)棧
PopOPStack(pOStack, theta);
PopDATAStack(pDStack, b);
PopDATAStack(pDStack, a);
cc = Operate(a, theta, b);
PushDATAStack(pDStack, cc);
break;
}//switch
}//else
}//while
result = GetToppDATAStack(pDStack); //運(yùn)算結(jié)束時，運(yùn)算數(shù)棧的棧底元素就是計算結(jié)果
ClearpOPStack(pOStack); //清空運(yùn)算符棧
ClearpDATAStack(pDStack); //清空運(yùn)算數(shù)棧
printf(" ->計算結(jié)果為：%.2f ", result); //輸出運(yùn)算結(jié)果
return ;
}
void print_user() //歡迎界面
{
printf(" 歡迎使用C語言版模擬計算器 ");
printf("************************************************************************ ");
printf(" |~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~| ");
printf(" | 模擬計算器使用說明 | ");
printf(" | 作者：謝先斌 | ");
printf(" | 本程序包括對'+'、'-'、'*'、'/'、'()'的運(yùn)算 | ");
printf(" | 本程序中ABS()算用A()替代、SQRT()運(yùn)算用S()代替 | ");
printf(" | 本程序中的一切字母均不區(qū)分大小寫 | ");
printf(" 正確的表達(dá)式如：1+A(7-8)+S(9*8)= ");
printf(" | 輸入'='表示表達(dá)式輸入結(jié)束!! | ");
printf(" | 歡迎使用!!!-->--> | ");
printf(" |~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~| ");
printf("************************************************************************ ");
}
int main() //主函數(shù)
{
char in;
bool b; //標(biāo)識符，用來標(biāo)識是否結(jié)束程序
b = true; //初始化，不結(jié)束
print_user(); //打印歡迎界面
printf(" *請確認(rèn)使用計算器Y/N:");
while(1)
{
scanf("%c", &in); //確認(rèn)是否繼續(xù)操作
get); //吃掉會車，避免干擾
switch(in)
{
case 'Y':
case 'y':
{
Evaluateexpression_r(); //進(jìn)入計算函數(shù)：讀入表達(dá)式，并計算結(jié)果
break;
}
case 'N':
case 'n':
{
exit_E();
b = false;
break;
}
//default:
// printf(" **輸入錯誤，請重新輸入Y/N:");
// break;
}
if(b==false) //如果 b==false ,退出整個程序
break;
printf(" *您確定要繼續(xù)使用計算機(jī)Y/N:");
get); //用getchar吃掉回車，避免對后續(xù)輸入中in的干擾
}
return 0;
}
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