湖南师范大学数据结构实验（二）

2、 栈、队列
背景知识：栈和队列的逻辑定义、存储定义和基本操作的实现及应用
目的要求：

1. 掌握栈、队列的思想及其存储实现；
2. 掌握栈、队列的常见算法的程序实现及应用。
   实验内容：
3. 利用栈和算符优先算法，实现表达式求值。
4. 采用顺序存储实现循环队列的初始化、入队、出队和求队列长度的操作。
   实验步骤：
5. 从键盘输入表达式，求值，并显示求值结果；
6. 每次入队或出队操作后，显示队列情况和队列长度。
   测试数据：
   （1）3×6＋9－5×（8－3）
   （2）循环队列大小为11；d，e，b，g，h入队；两次出队； i，j，k，l，m入队；一次出队； n，o，p，q，r入队

栈实现表达式求值

#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<iostream>
using namespace std;

int read() {int x; cin >> x; return x;}

template<typename T> struct stack
{
    int top_ = 0;
    T *a = 0;
    void push(T x) {
        top_++;
        a = (T *)realloc(a,top_*sizeof(T));
        a[top_-1] = x;
    }
    int size() {return top_;}
    void pop() {top_--;}
    T top() {return a[top_-1];}
    bool empty(){return top == 0;}
    T operator [] (int x){return a[x];}
};

char map[7]{'+','-','*','/','(',')','#'};
int mapT[1000];
int cmp[7][7] = {
                    1,1,-1,-1,-1,1,1,
                    1,1,-1,-1,-1,1,1,
                    1,1,1,1,-1,1,1,
                    1,1,1,1,-1,1,1,
                    -1,-1,-1,-1,-1,0,999,
                    1,1,1,1,999,1,1,
                    -1,-1,-1,-1,-1,999,0
                };

const int maxn = 1e4+10;

int cntNum(int x)
{
    int cnt = 1;
    while(x/10) x/=10,cnt++;
    return cnt;
}

char s[maxn];

int doit()
{
    int len;
    for(len = 0; s[len]; len++); s[len-1] = '#';
    puts("________________________________________________________________________________________________________________");
    puts("步骤--------------------OPTR栈--------------------OPND栈--------------------输入字符--------------------主要操作");
    puts("________________________________________________________________________________________________________________");
    stack<char> OPTR;stack<int> OPND;
    OPTR.push('#');
    int kase = 0;
    for(int i = 0; i < len; i++){
        printf("%2d",++kase);
        for(int i = 0; i < 18; i++) putchar(' ');
        for(int i = 0; i < OPTR.size(); i++) putchar(OPTR[i]);
        for(int i = 0; i < 26-OPTR.size(); i++) putchar(' ');
        int cnt = 0;
        for(int i = 0; i < OPND.size(); i++) cout << OPND[i] << ' ',cnt += cntNum(OPND[i])-1;
        for(int i = 0; i < 26-2*OPND.size()-cnt; i++) putchar(' ');
        printf("%s",s+i);
        for(int _ = 0; _ < 26-len+i; _++) putchar(' ');
        if('0' <= s[i] && s[i] <= '9'){
            int x = s[i]^48;
            while(++i < len && '0' <= s[i] && s[i] <= '9') x = (x<<3)+(x<<1)+(s[i]^48);
            printf("PUSH(OPND,%d)\n",x);
            OPND.push(x);
            i--;
            continue;
        }
        if(cmp[mapT[OPTR.top()]][mapT[s[i]]]==1){
            int a = OPND.top();OPND.pop();
            int b = OPND.top();OPND.pop();
            int x;
            switch(OPTR.top())
            {
                case '+': x = b+a;break;
                case '-': x = b-a;break;
                case '*': x = b*a;break;
                case '/': x = b/a;break;
            }
            printf("operate(%d,%c,%d)\n",b,OPTR.top(),a);
            OPND.push(x);
            OPTR.pop();
            i--;
            continue;
        }
        if(cmp[mapT[OPTR.top()]][mapT[s[i]]] == -1){
            OPTR.push(s[i]);
            printf("PUSH(OPTR,%c)\n",s[i]);
            continue;
        }
        if(s[i] == '#' && OPTR.top() == '#'){
            puts("RETURN(GETTOP(OPND))");
            puts("________________________________________________________________________________________________________________");
            return OPND.top();
        }
        if(cmp[mapT[OPTR.top()]][mapT[s[i]]] == 0){
            OPTR.pop();
            printf("POP\n");
            continue;
        }
    }
}

int main()
{
/*
    for(int i = 0; i < 7; i++){
        for(int j = 0; j < 7; j++){
            putchar(map[i]);
            putchar(cmp[i][j]==1?'>':cmp[i][j]==-1?'<':cmp[i][j]==0?'=':' ');
            putchar(map[j]);
            putchar(' ');
        }
        putchar('\n');
    }
*/
    mapT['+'] = 0;mapT['-'] = 1;mapT['*'] = 2;
    mapT['/'] = 3;mapT['('] = 4;mapT[')'] = 5;mapT['#'] = 6;
    printf("按格式输入表达式(括号为英文括号,数字前不能有前导负号)\n例如:3*6+9-5*(8-3)\n");
    fgets(s,maxn,stdin);
    cout << "the answer is :  " << doit() << endl;
    return 0;
}

测试:

队列入队出队操作

#include<cstdio>
#include<cstdlib>
#include<iostream>
using namespace std;

int read() {int x; cin >> x; return x;}

const int maxsize = 11;

template<typename T> struct queue
{
    int flag = 0;
    T a[maxsize];
    int ft = 0,rear = 0;

    void push(T x){
        if(flag) {
            printf("队满,%c入队失败\n",x);
            exit(0);
        }
        ft = (ft+1)%maxsize;
        if(ft == rear) flag = true;
        a[ft] = x;
    }

    void pop() {
        if(flag == 0 && ft == rear) {puts("队空,操作失败");exit(0);}
        rear = (rear+1)%maxsize;
        flag = false;
    }

    T front() {
        if(flag == 0 && ft == rear) {puts("队空,操作失败");exit(0);}
        return a[(rear+1)%maxsize];
    }

    bool empty() {return flag;}

    int size() {
        if(flag) return maxsize;
        return (ft+maxsize-rear)%maxsize;
    }

};

int main()
{
    void print();
    queue<char> Q;
    while(1){
        print();
        int opt = read();
        if(opt == 3) break;
        if(opt == 1){
            printf("输入入队元素个数:  ");
            int n = read();
            printf("\n依次输入%d个元素:  ",n);
            while(n--){
                char ch;
                cin >> ch;
                Q.push(ch);
            }
        }
        else {
            printf("输入出队元素个数:  ");
            int n = read();
            while(n--){
                cout << Q.front() << ' ';
                Q.pop();
            }
            putchar('\n');
        }
    }
    return 0;
}

void print()
{
    puts("请选择操作");
    puts("1、入队");
    puts("2、出队");
    puts("3、退出");
    puts("");
}

测试：