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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)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苯油顺觯绺綀D6：
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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際問題的能力，為以后畢業(yè)設(shè)計和工程實(shí)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(yàn)，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(shí)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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