c++ 实现计算器（数据结构

2023-06-11 06:50| 来源: 网络整理| 查看: 265

数据结构课程设计——计算器

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文章目录 1 项目介绍1.1 背景分析1.2 功能分析 2 类结构设计3 功能实现3.1 输入功能3.2 合法性检测3.3 中缀转后缀+计算 4 亮点和小结4.1 代码亮点简述4.2 项目小结/心得

1 项目介绍 1.1 背景分析

计算器，广泛应用于商业交易中，是必备的办公用品之一，也被称作“第一代电子计算机”。与计算机相同，它的内部也由逻辑电路组成，其功能实现也离不开对各条语句的分析，从而解析复杂的表达式，按照计算规则得到正确的结果。

我们平时最常接触的计算表达式就是“中缀表达式”，然而机器要解析中缀表达式并不容易，尤其是在有括号和各种不同优先级的运算符同时存在的时候，通过对中缀表达式进行转换，使其变成”后缀表达式“，则可以用栈来实现计算的过程。

本项目就是一个用栈来实现表达式计算的简易计算器。

1.2 功能分析

基础功能

支持的运算有+,-,*,/,%,^ 支持括号运算支持单目运算符+和-的运算

项目附加功能（测试）

判断计算式的括号是否匹配检测是否有非法字符出现自动删除表达式中的空格 2 类结构设计

本项目拟用栈来实现计算过程，由于没有限制表达式的长度大小，故采用”链式栈“的储存方式，其中，”链式栈类（LinkedStack.h和LinkedStack.cpp）“均直接引用项目”勇闯迷宫“里的类的声明与定义。项目除了”链式栈类“之外，还有”计算器类(即Calculator)“,用来实现对计算器各种功能的封装，提高可复用性和可读性。

在这里插入图片描述

Calculator类的声明

class Calculator { private: LinkedStack s_input_; //从键盘读入的，同时含有操作数和操作符的栈 LinkedStack s_char_; //处理过后，只含有操作符的栈 LinkedStack s_double_; //处理过后，只含有操作数的栈 public: Calculator(); ~Calculator(); double getRes(); //中缀转后缀并返回答案 bool Input(); //从键盘读入一个中缀表达式，存入栈中 bool isLegal(); //判断中缀表达式是否合法的函数 bool Calculate(char); //计算后缀表达式结果 int charToDouble(char); //字符转整型函数，调用后接下来出现的数字都参与转换 int getIsp(char); //返回一个操作符的栈内优先级，返回-1表示是非法字符 int getIcp(char); //返回一个操作符的栈外优先级，返回-1表示是非法字符 };

3 功能实现 3.1 输入功能

1.运行截图解释：输入一个以’='结尾的算式，则输入成功

在这里插入图片描述解释：程序不认为回车所控制的”转行“为输入终止条件，程序仅认=符号为输入完毕标志

在这里插入图片描述解释：将表达式全部分行写也可以正常读入，只要以=结尾

2.代码展示（ps:略去了部分声明和系统提示）

bool Calculator::Input() { cout s_input_.Pop(cur_char); //从输入字符串当中pop一个字符 if (cur_char >= '0' && cur_char temp.Push(cur_char); //是合法字符，进入辅助栈 } else if (cur_char == ')') { temp.Push(cur_char); //是合法字符，进入辅助栈 parentheses.Push(')'); //由于是逆序，所以是'('栈，')'出栈 } else if (cur_char == '(') { temp.Push(cur_char); //是合法字符，进入辅助栈 parentheses.Pop(cur_char); //与')'匹配，出栈 } else if (cur_char == '=') { //不用管，删除即可 continue; } else if (cur_char == ' ') { continue; //空格不算非法字符，删除即可 } else { //如果都不是，说明为非法字符，输出提示 cerr cerr (.icp符号进栈30,2,105#, +, *, ( , -\95\数字进栈30,2,105,95#, +, *, ( , -\)) .icp < -.icp出栈，运算30,2,10#, +, *, (105-95=10) .icp = (.icp出栈30,2,10#, +, *-- .icp < *.icp出栈，运算30,20#, +2*10=20- .icp < +.icp出栈，运算50#30+20=50-.icp > #.isp符号进栈50#, -\560\数字进栈50,560#, -\// .icp > #.icp符号进栈50,560#, - , /\56\数字进栈50,560,50#, -, /\## .icp < /.icp出栈，运算50,10#, -560/56=10# .icp < -.icp出栈，运算40#, -50-10=40#.icp = #.isp循环终止40\\

运行截图

2.代码展示（ps:略去了部分声明和系统提示）

getRes()函数

double Calculator::getRes() { while (1) { if (cur_char >= '0' && cur_char s_char_.getTop(top_char); if (getIsp(top_char) s_char_.Pop(op); //从字符栈之中退出，进行运算 Calculate(op); Pop_flag = false; } else { //优先级一样 Pop_flag = true; s_char_.Pop(op); if (op == '(') { s_input_.Pop(cur_char); //继续处理下一个字符 } if (op == '#') { break; //全部计算完毕，退出循环 } } } } s_double_.Pop(res); return res; //返回最终答案 }

Calculate()函数

bool Calculator::Calculate(char op) { //计算后缀表达式结果 double left, right; //左右两个操作数 double res = 0; //和计算后结果 s_double_.Pop(right); //右操作数的出栈 s_double_.Pop(left); //左操作数的出栈 switch (op) { case'+': res = left + right; break; case'-': res = left - right; break; case'*': res = left * right; break; case'/': res = left / right; break; case'%': res = fmod(left, right); break; case'^': res = pow(left, right); break; } s_double_.Push(res); return true; } 4 亮点和小结 4.1 代码亮点简述

以下简述一下本项目的一些亮点（仅代表个人观点）：

计算器实现了单目运算符 ‘+’ 和 ’ - ’

合法性检测考虑了”非法字符“，”括号不匹配“，”输入算式中含有括号“三种情况，并对应有提示信息

项目文档中附加有 ”流程图“ 和 ”工作栈示意图“ ，使读者易懂，思路清晰

项目的代码风格良好，变量和函数命名统一，有规整的注释帮助理解代码

4.2 项目小结/心得

本项目已经不是第一次使用 ”链式栈“ （勇闯迷宫也用了链式栈），因此在类结构方面没有遇到什么难题，也比较熟练。

项目在对计算的整个思维结构要求较高，我认为难点有三：

一是各个函数之间的调用关系，由于函数要求简洁性和专一性，因此其体量较小，因此在”大函数分解为小函数“的过程中会遇到些难题；

二是单目运算符的处理，本项目采用将+A看作是0+A的运算，将-A看作是0-A的运算，避免了对特殊情况的考虑，极大地减少函数分支数，提高效率，识别单目运算符则采用”判断操作数与操作符数目“的方法进行，一旦操作符个数大于操作数个数，则说明碰到了单目运算符，对其做出特殊标记；

三是”中缀转后缀“的分支处理，由于我们日常生活中采用的运算方式是中缀表达式，所以对于后缀的形式表现得极其生疏，不论是转化过程还是计算后缀表达式都是一个非常”别扭“的事情，但是随着项目的结束，对于后缀表达式的熟练度已经远超过刚开始做项目的时候，这也算是一个大收获。

计算器是一个非常具有实际意义的项目，一方面，这是我们生活中经常接触到的东西，另一方面，它的功能的综合性就要求我们在写代码的时候既要有全局观，又要考虑很多细节，因此十分锻炼代码能力，同时，经过这次项目，再一次巩固了栈的知识，加深了对栈的特点的认识。

三是”中缀转后缀“的分支处理，由于我们日常生活中采用的运算方式是中缀表达式，所以对于后缀的形式表现得极其生疏，不论是转化过程还是计算后缀表达式都是一个非常”别扭“的事情，但是随着项目的结束，对于后缀表达式的熟练度已经远超过刚开始做项目的时候，这也算是一个大收获。计算器是一个非常具有实际意义的项目，一方面，这是我们生活中经常接触到的东西，另一方面，它的功能的综合性就要求我们在写代码的时候既要有全局观，又要考虑很多细节，因此十分锻炼代码能力，同时，经过这次项目，再一次巩固了栈的知识，加深了对栈的特点的认识。

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