科学计算器设计.doc

个人收集整理 勿做商业用途科学计算器设计(C语言版）学校： 学院：计算机信息工程学院语言平台：作者： 日期： 一、 背景和目的计算器是现代日常生活中使用较为频繁的工具之一,常用的计算器有简易版和科学计算器两种模式.简易版的计算器不支持表达式运算，每次只能输入一个数据或者运算符来计算，而科学计算器除了容纳简易版计算器的功能外，还支持表达式运算，用户可以输入一个合法的算术表达式来得到所需的结果。常用的算术表达式有三种，前缀表达式,中缀表达式和后缀表达式。中缀表达式:我们平时书写的表达式就是中缀表达式，形如（a+b）（c+d)，事实上是运算表达式形成的树的中序遍历,特点是用括号来描述优先级。后缀表达式:也叫逆波兰表达式，事实上是算数表达式形成的树的后序遍历.中缀表达式（a+b)（c+d）的后缀表达式是ab+cd+，它的特点就是遇到运算符就立刻进行运算。前缀表达式:算数表达式形成的树的前序遍历。日常所书写的是中缀表达式,但是计算机内部是用后缀表达式计算，所以此程序的用户使用中缀表达式作为输入，程序将中缀表达式转化为后缀表达式后再进行运算并输出结果。由于今后工作将使用C语言进行开发，而C语言是一个功能强大并且很灵活的语言，为复习和巩固C编程，故决定用C语言编写一个科学计算器。本次开发采用C语言，以面对过程思想进行开发，使用的数据结构有队列和栈。二、 模块设计本次开发，使用的控制台输入,并直接在控制台输出。科学计算器的功能组件如下：中缀表达式转后缀表达式trans_expr()输入表达式input_expr ()当读到数字直接送至输出队列中当读到运算符T时a：将栈中所有优先级高于或等于T的运算符弹出，送至输出队列b：T进栈读到左括号时总是将它压入栈中读到右括号时，将靠近栈顶的第一个左括号上面的运算符依次全部弹出，送至输出队列，再丢弃左括号计算后缀表达式calcu_expr()建立一个栈从左到右读后缀表达式，读到数字就将它压入栈S中，读到运算符则从栈中依次弹出两个数X和Y，然后以“X运算符Y”的形式计算出结果，再将结果压入栈S如果后缀表达式未读完，就重复上述过程，最后输出栈顶数值则为结束输出结果转换成功YN三、 详细设计宏:#define TEST/表示测试阶段define MAX_SIZE 100/表达式长度#define LBRACKET 0/左括号#define RBRACKET 1/右括号define ADD 2/加#define SUB 3/减define MUL 4/乘define DIV 5/乘#define INT 6/整数#define DOUBLE 7/浮点数数据结构:表达式节点struct ExprNodeint n；/表达式节点类型double p；/表达式节点数据；中缀表达式:struct ExprNode infixExprMAX_SIZE;int infixLen; 后缀表达式：struct ExprNode suffixExprMAX_SIZE；int suffixLen；后缀转换栈：int transStackMAX_SIZE；int transTop；后缀表达式运算栈：struct ExprNode calcuStackMAX_SIZE; int calcuTop；函数过程:_inline int get_char（ char *c )缓冲变量无字符则读入字符读入成功返回0，否者返回1 int input_expr（ void )读入表达式若输入非法字符则返回-1，否则返回0int pri（ int a， int b )优先级计算若a优先于b则返回1,否则返回0int trans_expr（ void ) 中缀表达式转换为后缀表达式括号不匹配返回-1,否则返回0 _inline int maxn（ int a， int b ） 求最大值struct ExprNode calcu（ struct ExprNode a, struct ExprNode *b， int c )计算a和b做c运算的结果int calcu_expr（ void )计算后缀表达式表达式计算失败返回1，否则为0void show（ void ） 输出运算结果代码：include= 0 & c = 9 | c = 。 )if ( c ！= 。 ）infixExprinfixLen。n = INT;infixExprinfixLen。p = c0；s = 0;elseinfixExprinfixLen。n = DOUBLE；infixExprinfixLen。p = 0；s = 1;c = 0；while （ get_char（&c） != 1 ）if ( c = 0 c = p1 ）return 1;return 0;/中缀表达式转换为后缀表达式/括号不匹配返回1，否则返回0int trans_expr（ void ）int i， error = 0， flag；suffixLen = 0；transTop = 0；for （ i = 0； i infixLen； i+ )if （ infixExpri。n = INT )/当读到数字直接送至输出队列中suffixExprsuffixLen+ = infixExpri;else if （ infixExpri.n RBRACKET ）/当读入运算符时/将栈中所有优先级高于或等于T的运算符弹出，送至输出队列while （ transTop 0 ）if ( pri（ transStacktransTop-1， infixExpri.n ) ）suffixExprsuffixLen+.n = transStack-transTop;else break；/再把运算符入栈transStacktransTop+ = infixExpri。n；else if ( infixExpri.n = LBRACKET ）/读到左括号时总是将它压入栈中transStacktransTop+ = infixExpri.n;else/读到右括号时flag = 1；/将靠近栈顶的第一个左括号上面的运算符依次全部弹出,送至输出队列while ( transTop 0 ）if ( transStacktransTop-1 = LBRACKET )flag = 0;break；suffixExprsuffixLen+.n = transStacktransTop;/再丢弃左括号if （ flag ) error = 1;else transTop-；while ( transTop 0 )if ( transStacktransTop1 = LBRACKET ）error = 1；suffixExprsuffixLen+.n = transStack-transTop；/在测试阶段输出后缀表达式ifdef TESTfor （ i = 0； i = b ) return a；return b;/计算a和b做c运算的结果struct ExprNode calcu( struct ExprNode a， struct ExprNode *b， int c )struct ExprNode r;int i， j；r.n = maxn（ an, b-n )；switch （ c )case ADD: r.p = （a-p)+(b-p）； break;case SUB： r.p = （ap)-(bp）; break；case MUL: r。p = （ap）(bp); break；case DIV: r.p = (a-p）/(b-p); if （ r。n = INT ) i = a-p; j = b-p; if ( i%j ) r。n = DOUBLE； break;return r；/计算后缀表达式/表达式计算失败返回1，否则为0int calcu_expr( void )int i， j, error = 0;struct ExprNode a2, r；calcuTop = 0；for （ i = 0； i suffixLen & !error; i+ ）if ( suffixExpri。n = INT ）/读到数字就将它压入栈S中calcuStackcalcuTop+ = suffixExpri；else/读到运算符/从栈中依次弹出两个数X和Yfor ( j = 0; j 2; j+ )if （ calcuTop ） aj = calcuStack-calcuTop;else error = 1;/以”X运算符Y”的形式计算出结果，再将结果压入栈Sif （ !error )calcuStackcalcuTop+ = calcu( &a1， &a0, suffixExpri.n );if （ calcuTop != 1 ） error = 1;return error；/输出运算结果void show( void ）int i, n;#ifndef TESTfor （ i = 0； i suffixLen; i+ )switch （ infixExpri。n ）case LBRACKET: printf（ ”（ ” ）; break;case RBRACKET: printf( ”) ); break;case ADD: printf( + ” )；break；case SUB: printf( - ” ）; break;case MUL： printf（ ”* ” ）; break；case DIV： printf（ / ” )； break;case INT： n = infixExpri。p； printf（ ”d ， n ); break；case DOUBLE: printf( ”lf ”， infixExpri.p ）； break；#endifif （ calcuStack0。n = INT )n = calcuStack0.p;printf（ ”= dn”， n );elseprintf（ = lfn， calcuStack0.p ）;int main( int argc, char argv )doif ( input_expr() ）printf（ ”请输入正确的表达式!n );continue;if （ trans_expr（) ！= 1 calcu_expr(） ！= -1 ）show(）;elseprintf( 请输入正确的表达式！n ）；while （ 1 ）;return 0；