C++计算四则运算表达式程序

来源：互联网发布：mac读取不了移动硬盘编辑：程序博客网时间：2024/05/20 21:43
最近在学数据结构，刚学完Expression Tree，解答了我多年的疑惑。以前就想写一个二十四点的小游戏，计算机发4张牌，玩家在规定时间内想出4张牌任意四则运算后得到24的表达式。框架搭好，也可以发牌了，电脑怎么答题可以遍历所有可能性，得到24就中止。但玩家输入表达式，怎么计算出值是关键问题。现在终于知道解法了。
代码如下：
#include <iostream>#include <stack>#include <queue>using namespace std;int isNumber(char c);/* 单个元素 */struct Element{    int type;//0:数字  1:运算符    int value;//数字的值    char operate[5];//运算符    int op_num;//操作数个数    bool left2right;//运算顺序左结合};/* 返回运算符结合性 */bool isLeft2Right(char c){    switch (c)    {    case '+':    case '-':    case '*':    case '/':    case '&':    case '|':    case '%':return true;    case '^':return false;    }}/* 返回运算符的优先级 */int Rank(char s[]){    switch (s[0])    {    case '(':return 0;    case ')':return 0;//左右括号优先级小是为了不被其余任何运算符挤出    case '+':    case '-':return 5;//低优先级将挤出高优先级    case '*':    case '/':return 10;    case '^':return 11;    case '&':    case '|':return 12;    case '%':return 15;//取余运算    }    int err=-1;    if (isNumber(s[0])) err=0;    return err;}/* 是运算符 */int isOperator(char c){    switch (c)    {    case '(':    case ')':return 10;    case '+':    case '-':    case '*':    case '/':    case '^':    case '&':    case '|':    case '%':return 1;    }    return 0;}/* 有效性检查（返回0则出现异常字符） */int isLegal(char c){    if (isNumber(c)) return 1;    if (isOperator(c)) return 1;    return 0;}int isNumber(char c){    if (c>='0' && c<='9')        return 1;    else        return 0;}/* 由位数得到应该相乘的倍数 如digit=2返回100 */int digit2num(int digit){    int temp=1;    digit--;    while (digit)    {        temp*=10;        digit--;    }    return temp;}/*由in order队列得到post order队列*/int InQueue2PostQueue(queue<Element> *post,queue<Element> *in)//返回0:正常 1:括号不配对{    int sq_err=0;    stack<Element> temp;    while (in->size()>0)    {        if (in->front().type==0)        {            post->push(in->front());            in->pop();        }        else        {            if (in->front().operate[0]=='(') //左括号直接入栈            {                temp.push(in->front());                in->pop();                sq_err++;            }            else            {                if (in->front().operate[0]==')')//出现右括号                {                    while (temp.size()>0)                    {                        if (temp.top().operate[0]=='(')                        {                            temp.pop();                            sq_err--;                            break;                        }                        else                        {                            post->push(temp.top());                            temp.pop();                        }                    }                    in->pop();                }                else//不是括号                {                    if (temp.size()>0 && temp.top().left2right==true)//左结合                        while (temp.size()>0 && Rank(in->front().operate)<=Rank(temp.top().operate))//临时栈有内容，且新进符号优先级低，则挤出高优先级及同优先级符号                        {                            post->push(temp.top());//符号进入post队列                            temp.pop();                        }                    else//右结合                        while (temp.size()>0 && Rank(in->front().operate)<Rank(temp.top().operate))//临时栈有内容，且新进符号优先级低，则挤出高优先级，但不挤出同优先级符号（因为右结合）                        {                            post->push(temp.top());//符号进入post队列                            temp.pop();                        };                    temp.push(in->front());//高优先级已全部挤出，当前符号入栈                    in->pop();                }            }        }    }    while (temp.size()>0)    {        post->push(temp.top());        temp.pop();    }    return sq_err;}/*由字符串表达式得到in order队列*/int Str2Queue(queue<Element> *inorder,char expression[]){    int err=0;    Element tempe;    int a,b;    int type,num,sign=1;    for (int i=0;i<(int)strlen(expression);)    {        num=0;        type=isNumber(expression[i]);        if (type) a=i;        while (isNumber(expression[i])&&i<(int)strlen(expression))        {            i++;        }        if (type)//数字        {            b=i-a;//位数            while (b)            {                num+=(expression[a]-'0')*digit2num(b);                a++;                b--;            }            tempe.type=0;            tempe.value=num*sign;            sign=1;//sign符号正常化            tempe.operate[0]='\0';            (*inorder).push(tempe);        }        else//不是数字        {            if ( (expression[i]=='-' && i==0)||(expression[i]=='-' && isOperator(expression[i-1])) )//            {                sign*=-1;            }            else            {                /* 非法性判定 */                if (isLegal(expression[i])!=1) {err=-1;break;}//出现非法字符                if (i==0 && isOperator(expression[i])) {err=-1;break;}//首字符出现非-的符号                if (i+1<(int)strlen(expression) && isOperator(expression[i])==1 && expression[i+1]==')') {err=-1;break;}//出现*)形式                if (i-1>=0 && isOperator(expression[i])==1 && (expression[i-1]=='(' || isOperator(expression[i-1])==1)) {err=-1;break;}//出现(*形式或**形式                tempe.type=1;                tempe.value=0;                tempe.operate[0]=expression[i];                tempe.operate[1]='\0';                tempe.left2right=isLeft2Right(expression[i]);                tempe.op_num=2;                (*inorder).push(tempe);            }            i++;        }    }    return err;}/*由运算符c及a,b计算出值*/int CalcNum(int a,int b,char c){    switch (c)    {    case '+':return a+b;    case '-':return a-b;    case '*':return a*b;    case '/':return a/b;    case '%':return a%b;    case '&':return a&b;    case '|':return a|b;    case '^':return (int)pow((double)a,(double)b);    }}/*由post order序列计算出值*/int Calc(queue<Element> *post){    Element tempe;    stack<Element> temp;    int a,b;    while (post->size()>0)    {        if (post->front().type==1)//运算符        {            b=temp.top().value;temp.pop();            a=temp.top().value;temp.pop();            tempe.type=0;tempe.operate[0]='\0';tempe.value=CalcNum(a,b,post->front().operate[0]);            temp.push(tempe);            post->pop();        }        else        {            temp.push(post->front());            post->pop();        }    }    return temp.top().value;}int main(){    cout<<"----- 表达式运算Demo -----"<<endl;    cout<<"作者：Tom Willow 2016.03.17"<<endl;    cout<<"功能：输入整数表达式计算出值。"<<endl;    cout<<"支持：加+ 减- 乘* 除/ 幂运算^ 求余% 按位与& 按位或|"<<endl;    cout<<"举例：输入6-5*(4-3+(2+1)) 返回-14"<<endl;    char expression[100];    while (1)    {        cout<<">>";        cin>>expression;        /* 1.字符串转换为in order队列 */        queue<Element> inorder,postorder;        if (Str2Queue(&inorder,expression)!=0)        {            cout<<"表达式非法。"<<endl;        }        else            /* 2.in order队列转换为post order队列 */            if (InQueue2PostQueue(&postorder,&inorder))            {                cout<<"括号不匹配。"<<endl;            }            else                /* 3.由post order队列计算出值 */                cout<<Calc(&postorder)<<endl;    }}
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