(C语言版)科学计算器设计.doc

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/#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struct ExprNodeint n;/表达式节点类型double p;/表达式节点数据;struct ExprNode infixExprMAX_SIZE;/中缀表达式int infixLen;struct ExprNode suffixExprMAX_SIZE;/后缀表达式int suffixLen;int transStackMAX_SIZE;/后缀转换栈int transTop;struct ExprNode calcuStackMAX_SIZE;/后缀表达式运算栈int calcuTop;/缓冲变量无字符则读入字符/读入成功返回0,否者返回-1_inline int get_char( char *c )if ( *c = 0 ) return scanf( %c, c );return 0;/读入表达式/若输入非法字符则返回-1，否则返回0int input_expr( void )char c = 0;int flag = 0, error = 0, s, i;infixLen = 0;while ( get_char(&c) != -1 )switch ( c )case n: flag = -1; break;case (: infixExprinfixLen+.n = LBRACKET; c = 0; break;case ): infixExprinfixLen+.n = RBRACKET; c = 0; break;case +: infixExprinfixLen+.n = ADD; c = 0; break;case -: infixExprinfixLen+.n = SUB; c = 0; break;case *: infixExprinfixLen+.n = MUL; c = 0; break;case /: infixExprinfixLen+.n = DIV; c = 0; break;default: if ( c = 0 & c = 0 & c = 9 )infixExprinfixLen.p = infixExprinfixLen.p*10+(c-0);if ( s ) s+;c = 0;else if ( c = . )if ( s )error = -1;elseinfixExprinfixLen.n = DOUBLE;s+;c = 0;else break;if ( infixExprinfixLen.n = DOUBLE )for ( i = 1; i s; i+ )infixExprinfixLen.p /= 10;infixLen+;elseerror = -1;c = 0;break;if ( flag ) break;return error;/优先级计算/若a优先于b则返回-1,否则返回0int pri( int a, int b )int c2, p2, i;c0 = a; c1 = b;for ( i =0; i = 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 = 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 = transStack-transTop;/再丢弃左括号if ( flag ) error = -1;else transTop-;while ( transTop 0 )if ( transStacktransTop-1 = 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( a-n, b-n );switch ( c )case ADD: r.p = (a-p)+(b-p); break;case SUB: r.p = (a-p)-(b-p); break;case MUL: r.p = (a-p)*(b-p); 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 = 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 (