数据结构——栈的应用(表达式求值)(C语言)

本文介绍了一种使用栈实现的算术表达式求值算法。通过定义运算符优先级表,该算法能正确处理包含多种运算符的复杂表达式。文章详细展示了算法流程,包括如何处理不同类型的输入字符,如数字、运算符等。

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char Precede(char t1, char t2)函数用于输出t1,t2两个运算符的优先级(t1为先出现的运算符(已经压入栈OPTR中),t2为后出现的运算符)

char Precede(char t1, char t2){  
    int i,j;  
    char pre[][7]={           
    //运算符之间的优先级制作成一张表格  
        {'>','>','<','<','<','>','>'},  
        {'>','>','<','<','<','>','>'},  
        {'>','>','>','>','<','>','>'},  
        {'>','>','>','>','<','>','>'},  
        {'<','<','<','<','<','=','0'},  
        {'>','>','>','>','0','>','>'},  
        {'<','<','<','<','<','0','='}};  
    switch(t1){  
        case '+': i=0; break;  
        case '-': i=1; break;  
        case '*': i=2; break;  
        case '/': i=3; break;  
        case '(': i=4; break;  
        case ')': i=5; break;  
        case '=': i=6; break;  
    }  
    switch(t2){  
        case '+': j=0; break;  
        case '-': j=1; break;  
        case '*': j=2; break;  
        case '/': j=3; break;  
        case '(': j=4; break;  
        case ')': j=5; break;  
        case '=': j=6; break;  
    }  
    return pre[i][j];  
}  

调试代码:(栈的相关操作实现也在其中)


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1  
#define OVERFLOW -2
#define STACK_INIT_SIZE 100   //存储空间初始分配量
#define STACKINCREMENT 10   //存储空间分配增量

typedef char SElemType;
typedef char OperandType;   //表达式求值的运算类型
typedef int Status;

typedef struct
{
	SElemType *base;
	SElemType *top;
	int stacksize;
}SqStack;

//构造一个空栈
Status InitStack(SqStack *S)
{
	S->base = (SElemType *)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(SElemType));
	if(!S->base)
	{
		printf("内存分配失败!\n");
		exit(OVERFLOW);
	}

	S->top = S->base;
	S->stacksize = STACKINCREMENT;
	return OK;
}

//若栈不为空,则用e返回S的栈顶元素,并返回OK;否则返回ERROR
Status GetTop(SqStack *S, SElemType *e)
{
	if(S->top == S->base)
		return ERROR;

	*e = *(S->top - 1);
	return OK;
}

//插入元素e为新的栈顶元素
Status Push(SqStack *S, SElemType e)
{
	if(S->top - S->base >= STACK_INIT_SIZE)   //栈满, 追加存储空间
	{
		S->base = (SElemType *)realloc(S->base, (S->stacksize + STACKINCREMENT) * sizeof(SElemType));
		if(!S->base)
		{
			printf("内存分配失败!\n");
			exit(OVERFLOW);
		}

		S->top = S->base + S->stacksize;
		S->stacksize += STACKINCREMENT;
	}

	*S->top++ = e;
	
	return OK;
}

//若栈不为空,则删除S的栈顶元素,用e返回其值,并返回Ok;否则返回ERROR
Status Pop(SqStack *S, SElemType *e)
{
	if(S->top == S->base)
		return ERROR;

	*e =  *--S->top;

	return OK;
}
//销毁栈S,使其不复存在
Status StackDestroy(SqStack *S)
{
	free(S->base);
	S->base = NULL;
	S->top = NULL;
	S->stacksize = 0;
	return OK;
}

//清空栈S,保留栈底指针
void ClearStack(SqStack *S)
{
	S->top = S->base;
}

//根据教科书表3.1,判断两符号的优先关系
char Precede(char t1, char t2){  
    int i,j;  
    char pre[][7]={           
    //运算符之间的优先级制作成一张表格  
        {'>','>','<','<','<','>','>'},  
        {'>','>','<','<','<','>','>'},  
        {'>','>','>','>','<','>','>'},  
        {'>','>','>','>','<','>','>'},  
        {'<','<','<','<','<','=','0'},  
        {'>','>','>','>','0','>','>'},  
        {'<','<','<','<','<','0','='}};  
    switch(t1){  
        case '+': i=0; break;  
        case '-': i=1; break;  
        case '*': i=2; break;  
        case '/': i=3; break;  
        case '(': i=4; break;  
        case ')': i=5; break;  
        case '=': i=6; break;  
    }  
    switch(t2){  
        case '+': j=0; break;  
        case '-': j=1; break;  
        case '*': j=2; break;  
        case '/': j=3; break;  
        case '(': j=4; break;  
        case ')': j=5; break;  
        case '=': j=6; break;  
    }  
    return pre[i][j];  
}  
//判断c是否为运算符
Status In(OperandType c)
{
	switch(c)
	{
	case '+':
	case '-':
	case '*':
	case '/':
	case '(':
	case ')':
	case '=':
		return TRUE;
	default:
		return FALSE;
	}

}

//二元运算(a theta b)
OperandType Operate(OperandType a, OperandType theta, OperandType b)
{
	OperandType c;
	switch(theta)
	{
	case '+':
		c = a + b;
		break;
	case '-':
		c = a - b;
		break;
	case '*':
		c = a * b;
		break;
	case '/':
		c = a / b;
		break;
	}
	return c;
}

//算术表达式求值的算符优先算法,设OPTR和OPND分别为运算符栈和运算数栈,OP为运算符集合
OperandType EvaluateExpression()
{
	SqStack OPTR, OPND;
	OperandType a, b, d, x, theta;
	char c;   //存放有键盘输入的字符串
	char z[6];   //存放整数字符串
	int i;
	InitStack(&OPTR);   //初始化运算符栈
	Push(&OPTR, '=');   //=是表达式结束符
	InitStack(&OPND);   //初始化运算数栈

	c = getchar();
	GetTop(&OPTR, &x);
	while(c != '=' || x != '=')
	{
		if(In(c))   //是7种运算符之一
		{
			switch(Precede(x, c))
			{
			case '<':   //当前已经压栈一个运算符(x)比后一个运算符(c)低时,就将c压栈
				Push(&OPTR, c);
				c = getchar();
				break;
			case '=':
				Pop(&OPTR, &x);   //脱括号并接收下一字符
				c = getchar();
				break;
			case '>':
				Pop(&OPTR, &theta);   //退栈并将运算结果压入OPND中
				Pop(&OPND, &b);
				Pop(&OPND, &a);
				Push(&OPND, Operate(a, theta, b));
				break;
			}
		}
			else if(c >= '0' && c <= '9')   //c是操作数
			{
				i = 0;
				do
				{
					z[i] = c;
					i ++;
					c = getchar();
				}while(c >= '0' && c <= '9');
				z[i] = 0;
				d = atoi(z);   //将字符数组转为整型存于d
				Push(&OPND, d);
			}
			else   //c为非法字符
			{
				printf("ERROR3\n");
				exit(1);
			}
			GetTop(&OPTR, &x);
		}
	GetTop(&OPND, &x);
	StackDestroy(&OPTR);
	StackDestroy(&OPND);
	return x;
}

int main()
{
	printf("请输入算术表达式,负数要用(0-正数:\n");
	printf("%d\n", EvaluateExpression());
	return 0;

在这里插入图片描述

一、问题描述 在控制台下实现一个对算术表达式求值的模拟程序。 二、基本要 该演示程序具有如下基本功能: (1) 表达式输入,以字符序列的形式从终端输入一个语法正确的数表达式(float型),且表达式中只含有+、-、*、/、()6 种运算符,输入格式如下: <变量><运算符><变量>……<回车> 例如表达式: 100+(15/3)*2 输入格式为: 100+(15/3)*2<回车> 注意: 输入的表达式中间不含空格。 (2) 表达式结果的输出,输出形式为: <表达式> = <结果> 例如表达式: 100+(15/3)*2 输出形式为: 100+(15/3)*2 = 110 注意: 此处的输出结果为整个表达式的数结果。 (3) 数据合法性检验 主要是针对原表达式中除数为 0 的情况。 三、界面效果 表达式求值模拟程序 功能菜单: ============== [1] 输入表达式求值 [0] 退出 ============== 请输入你的选择 (0~1):1 请输入一个表达式 : 100+(15/3)*2 计算结果如下: 100+(15/3)*2 = 110 请输入你的选择 (0~1):0 四、测试数据 (1) 8 = (2) 1+2+3+4 = (3) 88-1*5 = (4) 1024/4*8 = (5) 1024/(4*8) = (6) (20+2)*(6/2) = (7) 3-3-3 = (8) 80/(9-9) = (9) (6+2*(3+6*(6+6)) = (10) (((6+6)*6+3)*2+6)*2 = 五、实现提示 (1) 设置运算符和操作数辅助分析算符优先关系; (2) 在读入字符序列时,完成运算符和操作数的处理,以及相应运算; (3) 在识别处运算数的同时,要将其字符序列形式转化成 float 型数据形式; (4) 输入的字符序列中,操作数不一定是一位数,可能是多位数,如 16+32 ; (5) 使用 Lab3-1 实现的的 ADT 基本操作完成本次作业 ; (6) 在程序中会用到两类:操作数和运算符,分别为 float 型数据和字符型数据, 思考在同一个程序中如何处理两类不同的数据类型? (7) 算符之间的优先关系参考课本 P53 页表 3.1 。
### C语言中数组指针与函数指针的使用方法及区别 #### 1. 数组指针的概念与用法 数组指针是指向整个数组的指针,而非单个元素。声明一个数组指针的方式如下: ```c int (*arrPtr)[5]; // 声明了一个指向包含5个整数的数组的指针 ``` 此语句表明 `arrPtr` 是一个指针,它指向的是一个含有五个整数类型的数组[^3]。 当初始化或赋给这样的指针时,可以传递一个具有相同大小的数组地址: ```c int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; arrPtr = &array; // 将数组的地址赋予数组指针 printf("%d\n", (*arrPtr)[2]); // 输出第三个元素,即3 ``` 这种指针允许程序员操作一维或多维数组的整体结构,而不仅仅是其中的某一项[^4]。 #### 2. 函数指针的概念与用法 函数指针是用来存储函数入口地址的一种特殊指针类型。它的定义方式取决于目标函数的具体签名(返回类型以及参数列表)。例如: ```c void func(int x); void (*funcPtr)(int) = func; // 定义并初始化一个指向 void 类型函数的指针 (*funcPtr)(10); // 调用该函数 funcPtr(10); // 另一种等价写法 ``` 对于更加复杂的场景,比如回调机制或者策略模式实现,都可以利用到函数指针的能力[^5]。 #### 3. 主要区别对比表 | **特性/方面** | **数组指针** | **函数指针** | |---------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------| | **指向对象** | 整个数组 | 函数入口地址 | | **语法特点** | 需要注意方括号的位置,确保表达清楚是指向数组本身还是数组内的某个元素 | 必须匹配所指向函数的确切原型 | | **应用场景举例** | 处理二维及以上维度的数据集 | 动态绑定、事件驱动编程模型下作为回调接口 | #### 示例代码片段 ##### (1)数组指针的例子 展示如何遍历由多个固定长度子数组组成的集合。 ```c #include <stdio.h> int main(){ int arrays[2][3]={ {1,2,3}, {4,5,6} }; int (*pArray)[3]=arrays; for(int i=0;i<2;i++, pArray++) { for(int j=0;j<3;j++) printf("%d ", (*pArray)[j]); putchar('\n'); } return 0; } ``` ##### (2)函数指针的应用案例 简单模拟计算器的不同运算符选择逻辑。 ```c #include<stdio.h> double add(double a,double b){return a+b;} double sub(double a,double b){return a-b;} typedef double (*BinaryOp)(double ,double ); double operate(double leftOperand,BinaryOp op,double rightOperand){ return op(leftOperand,rightOperand); } int main(){ BinaryOp ops[] ={add,sub}; char choice='+'; double result; switch(choice){ case '+': result=operate(7.8,ops[0],9.2); break; default : result=-1;//Invalid operation marker. } if(result!=-1) printf("Result:%lf\n",result); else printf("Unsupported Operation.\n"); return 0; } ``` --- ###
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