算數(shù)表達(dá)式的求解課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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合肥學(xué)院

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系

課程設(shè)計(jì)報(bào)告

課學(xué)學(xué)專指

業(yè)導(dǎo)

班教生

姓

程名號(hào)級(jí)師

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法算數(shù)表達(dá)式的求解

課程設(shè)計(jì)名稱

（算數(shù)表達(dá)式的求解）給定一個(gè)算數(shù)表達(dá)式，通過(guò)程序求出最終的結(jié)果。

1、從鍵盤輸入要求解的算術(shù)表達(dá)式；

2、采用棧結(jié)構(gòu)進(jìn)行算數(shù)表達(dá)式的求解過(guò)程；3、能夠判斷算數(shù)表達(dá)式的正確與否；4、對(duì)于錯(cuò)誤表達(dá)式給出提醒；

5、對(duì)于正確表達(dá)時(shí)給出最終的結(jié)果。1、問(wèn)題分析和任務(wù)定義

有題目可知，程序要求給定一算數(shù)表達(dá)式并計(jì)算最終的結(jié)果，我們知道，在高級(jí)語(yǔ)言中，任何一個(gè)表達(dá)式都是有操作數(shù)、運(yùn)算符和界限符組成。在計(jì)算過(guò)程中，還要考慮表達(dá)式中有無(wú)括號(hào)以及左右括號(hào)之分。由于運(yùn)算符有優(yōu)先級(jí)的高低，因此一個(gè)算數(shù)表達(dá)是不可能總是按順序執(zhí)行。

通過(guò)以上可知，可以用棧來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)完成算術(shù)表達(dá)式的求解。

為實(shí)現(xiàn)算法的優(yōu)先級(jí)，設(shè)置兩個(gè)棧：一個(gè)稱為操作數(shù)棧opnd，用以寄放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果，另一個(gè)為操作符棧optr，用以寄放運(yùn)算符。該算法的基本思想是：

（1）首先置操作數(shù)棧opnd為空棧，表達(dá)式終止符“#〞為操作符棧optr的棧底元素。（2）依次讀入表達(dá)式中每個(gè)字符，若為操作數(shù)，則進(jìn)opnd棧；若是運(yùn)算符，則與optr棧的棧頂運(yùn)算符比較優(yōu)先級(jí)后做相應(yīng)操作：若當(dāng)前操作符大于optr棧的棧頂，則當(dāng)前操作符入棧；否則，opnd棧的棧頂元素、次棧頂元素出棧，同時(shí)optr棧的棧頂元素也出棧，形成運(yùn)算，并將結(jié)果壓入opnd棧，直至整個(gè)表達(dá)式求值完畢（即optr棧的棧頂元素和當(dāng)前讀入的字符均為“#〞）。

對(duì)于算術(shù)表達(dá)式的輸入，本程序采用gets()的方法讀入，將運(yùn)算符‘+’，‘-’，‘*’，‘/’，‘（’，‘）’，‘#’存儲(chǔ)在數(shù)組中時(shí)，定義表達(dá)式求解函數(shù)，在函數(shù)中判斷讀入的字符，假使是運(yùn)算符，將這些字符入操作符optr棧，并比較優(yōu)先級(jí)，判斷是否運(yùn)算。若讀入的字符為‘0’到‘9’之間的數(shù)字時(shí)，用字符相減轉(zhuǎn)化為整型，然后將轉(zhuǎn)化后的整型再轉(zhuǎn)化為ASCII的形式壓入操作數(shù)棧opnd中。2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇和概要設(shè)計(jì)（1）存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本程序主要采用順序棧結(jié)構(gòu)類型（Stack）來(lái)存儲(chǔ)表達(dá)式計(jì)算中的數(shù)據(jù)。程序中需要建立兩個(gè)棧，一個(gè)棧用于寄放運(yùn)算符，另一個(gè)則用于寄放操作數(shù)和計(jì)算結(jié)果，故需要建立兩個(gè)順序棧結(jié)構(gòu)類型。（2）算數(shù)優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)對(duì)一任意的表達(dá)式，由于表達(dá)式中運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)不同，可能會(huì)使表達(dá)式不按順序進(jìn)行計(jì)算。在本程序中定義函數(shù)Proceed（）來(lái)比較運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)，而函數(shù)中各優(yōu)先級(jí)的比較主要根據(jù)以下優(yōu)先級(jí)比較的表格：

表1：運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)運(yùn)算符用數(shù)字表示棧內(nèi)操作符的優(yōu)先級(jí)棧外操作符的優(yōu)先級(jí)+032-132*254/354（416）561#600在Precede（）函數(shù)中定義兩個(gè)字符型參數(shù)變量op和c，其中op表示棧頂運(yùn)算符，c

表示當(dāng)前讀入運(yùn)算符，對(duì)于當(dāng)前運(yùn)算符是否入棧，進(jìn)行如下操作：比較當(dāng)前運(yùn)算符和棧頂運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)的大?。?/p>

1、假使當(dāng)前運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)大于棧頂運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)，即opc；令函數(shù)返回值為'>'，此時(shí)應(yīng)將棧頂運(yùn)算符出棧和棧頂、次棧頂操作數(shù)出棧并進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算。

3、假使當(dāng)前元素的優(yōu)先級(jí)等于棧頂運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)，即op=c；令函數(shù)的返回值為'='，此時(shí)界限符內(nèi)的表達(dá)式已計(jì)算完畢。（3）程序模塊設(shè)計(jì)1）程序模塊

本程序主要包含3個(gè)模塊：主程序模塊、計(jì)算模塊以及順序棧操作模塊，調(diào)用關(guān)系如下圖：計(jì)算模塊順序棧操作模塊主程序模塊

圖1：程序模塊圖2）系統(tǒng)功能模塊

本程序大致包含10個(gè)函數(shù)，其中包含主函數(shù)。每個(gè)函數(shù)都有其相對(duì)應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)?！?操作符的輸入函數(shù)intIn(charc);

○2運(yùn)算符比較優(yōu)先級(jí)函數(shù)charProceed(charop,charc);○3進(jìn)行四則運(yùn)算函數(shù)intOperate(inta,chara1,intb);○4實(shí)現(xiàn)表達(dá)式的求值函數(shù)intEvalExpres(void);○5初始化棧函數(shù)voidInitStack(Stack*s);○6入棧函數(shù)voidPush(Stack*s,intx);○7出棧函數(shù)intPop(Stack*s);

○8取棧頂元素函數(shù)intGetTop(Stack*s);○9判?？蘸瘮?shù)voidEmpty(Stack*s);○10主函數(shù)intmain()

3)函數(shù)之間主要調(diào)用的關(guān)系圖本程序主要包含10個(gè)程序，各程序之間的關(guān)系如下圖：（部分函數(shù)用以上的編號(hào)表示）

Voidmain()

IntEvalExpres(void)1○2○3○5○6○7○8○9○

圖2：函數(shù)之間調(diào)用關(guān)系圖

3、詳細(xì)設(shè)計(jì)和編碼

（1）、結(jié)構(gòu)體類型的定義typedefstruct{

intdata[MAXSIZE];inttop;

intbase;//棧底}Stack;

（2）、全局變量定義//以下為函數(shù)聲明

voidInitStack(Stack*);//初始化棧intEmpty(Stack*);//判空棧voidPush(Stack*,int);//進(jìn)棧intPop(Stack*);//出棧

intGetTop(Stack*);//取棧頂元素

intOperate(int,char,int);//計(jì)算結(jié)果charProceed(char,char);//比較優(yōu)先級(jí)intIn(char);//判斷輸入符

intEvalExpres(void);//表達(dá)式計(jì)算函數(shù)//定義兩個(gè)棧分別存放運(yùn)算符和操作數(shù)StackStackR,StackD;

（3）、系統(tǒng)主要子程序的詳細(xì)設(shè)計(jì)1）、主函數(shù)模塊設(shè)計(jì)

intmain()//主函數(shù){

intv;charch;while(1)

{

printf(\歡迎使用算術(shù)表達(dá)式的求解的小程序************\\n\

v=EvalExpres();

printf(\表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果為:%d\printf(\do

{

scanf(\if(ch=='n'||ch=='N')exit(0);}while(ch!='\\n');system(\}

return0;}

在主函數(shù)中，設(shè)定用戶操作界面的形式，通過(guò)調(diào)用表達(dá)式求解的子函數(shù)實(shí)現(xiàn)算法所要實(shí)現(xiàn)的功能，然后通過(guò)while()循環(huán)語(yǔ)句控制，可以實(shí)現(xiàn)屢屢調(diào)試。2）、計(jì)算函數(shù)模塊

intOperate(inta,chara1,intb){

ints;

intd1=a;

intd2=b;//把字符ab變?yōu)閷?duì)應(yīng)數(shù)字switch(a1){case'+':s=d1+d2;break;case'-':s=d2-d1;

break;case'*':s=d1*d2;break;case'/':

s=d2/d1;}

return(s+'0');//將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為ascii碼的形式入棧，}

在計(jì)算函數(shù)中，定義3個(gè)變量，表示基本運(yùn)算中的變量。采用開(kāi)關(guān)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)表達(dá)式的基本運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為ASCII的形式返回。3）、表達(dá)式求解的函數(shù)模塊

intEvalExpres(void)//表達(dá)式求解函數(shù)

6、用戶使用說(shuō)明

（1）本程序執(zhí)行的文件為“算數(shù)表達(dá)式的求解問(wèn)題〞。

（2）所求表達(dá)式中都只是僅包含加、減、乘、除4種基本運(yùn)算的，其中也包含括號(hào)的應(yīng)用，所有的運(yùn)算對(duì)象均為簡(jiǎn)單變量，要求將表達(dá)式中的數(shù)字字符轉(zhuǎn)化為整型，且輸入表達(dá)式以“#〞終止。

（3）輸入表達(dá)式時(shí)，以‘#’終止，當(dāng)點(diǎn)擊回車鍵時(shí)即可得到運(yùn)算結(jié)果，當(dāng)想繼續(xù)輸入表達(dá)式時(shí)，再次點(diǎn)擊回車鍵即可，當(dāng)想終止時(shí)，點(diǎn)擊字母‘n’或‘N’。（4）當(dāng)輸入錯(cuò)誤表達(dá)式時(shí)，程序會(huì)給出相應(yīng)的提醒。7、

case'-':case'*':case'/':case')':

case'#':ch='>';break;case'(':ch='';break;case'(':

printf(\括號(hào)匹配錯(cuò)誤!\\n\exit(