C++学习之交互式表达式求值的详细讲解和简单代码示例
一、怎么理解交互式表达式求值:
交互式求表达式值是指通过命令行交互的方式,接收用户输入的数值和运算符号,然后计算出其表达式的值并返回给用户。这种方式可以方便地进行简单的计算和查错,也可以用于程序设计中一系列复杂的计算。
二、需要注意的点:
实现交互式求表达式的值需要考虑以下几点:
表达式的输入: 用户需要通过命令行输入表达式,包括数字和运算符号,例如"2+3*4"。在输入时需要对输入进行检查,排除可能的错误。
表达式的解析: 将输入的字符串转换为可以计算的形式,例如将"2+3*4"转化为"2+12",并且保证运算的正确性。
计算表达式的值: 根据解析好的表达式,按照优先级依次进行计算,最终得到表达式的值。在计算过程中需要注意运算符的优先级和左右结合性。
三、详细实现过程:
下面以C++代码为例,展示一个简单的交互式求表达式的值程序的实现:
首先,我们需要定义一个函数来判断一个字符是否是运算符。可以采用简单暴力的方法,比如在代码中写出所有可能的运算符。这种方法虽然有点麻烦,但是可以保证正确性。以下是一个示例实现:
bool is_operator(char c) {switch (c) {case '+':case '-':case '*':case '/':return true;default:return false;}
}
接下来,定义一个函数来判断两个运算符的优先级。我们可以将每个运算符赋予一个权重值,然后比较它们的权重值大小即可。以下是一个示例实现:
int get_priority(char op) {switch (op) {case '+':case '-':return 1;case '*':case '/':return 2;default:return -1; // 如果不是运算符,则返回-1}
}bool has_higher_priority(char op1, char op2) {int p1 = get_priority(op1);int p2 = get_priority(op2);return p1 >= p2; // 注意这里的大于等于号,表示左结合性
}
接着,定义一个函数来计算两个数的结果。根据输入的运算符,选用相应的计算方法即可。以下是一个示例实现:
double calculate(double num1, double num2, char op) {switch (op) {case '+':return num1 + num2;case '-':return num1 - num2;case '*':return num1 * num2;case '/':return num1 / num2;default:return 0; // 如果不是运算符,则返回0}
}
接下来,定义一个函数来解析表达式。该函数将输入的字符串转换为一个包含数字和运算符的vector容器,方便后续计算。在解析表达式时,需要注意操作数可能有多位数,所以需要进行合并。以下是一个示例实现:
vector<string> parse_expression(string expression) {vector<string> tokens;int i = 0;while (i < expression.length()) {char c = expression[i];if (is_operator(c)) { // 如果是运算符,则直接加入vector中string token(1, c);tokens.push_back(token);i++;} else if (isdigit(c)) { // 如果是数字,则将其合并string number("");while (i < expression.length() && isdigit(expression[i])) {number += expression[i];i++;}tokens.push_back(number);} else { // 其他情况视为非法字符,忽略掉i++;}}return tokens;
}
最后,我们可以定义一个函数,按照优先级依次计算表达式的结果。该函数使用两个栈来实现:一个用于存储数字,一个用于存储运算符。当遇到一个运算符时,先判断其优先级是否大于等于栈顶的运算符,如果是,则将该运算符入栈;否则,将栈顶的操作符弹出,并计算栈顶的两个数字的结果,然后将结果入栈。如果是一个括号,则需要进行相应的处理。计算完成后,最终栈中仅剩下一个数字值,即为表达式的结果。以下是一个示例实现:
double evaluate_expression(string expression) {vector<string> tokens = parse_expression(expression);stack<double> numbers;stack<char> operators;for (int i = 0; i < tokens.size(); i++) {string token = tokens[i];if (token == "(") { // 括号特殊处理operators.push(token[0]);} else if (token == ")") {while (!operators.empty() && operators.top() != '(') {char op = operators.top();operators.pop();double num2 = numbers.top();numbers.pop();double num1 = numbers.top();numbers.pop();numbers.push(calculate(num1, num2, op));}operators.pop(); // 将左括号弹出} else if (is_operator(token[0])) { // 运算符处理while (!operators.empty() &&has_higher_priority(operators.top(), token[0])) {char op = operators.top();operators.pop();double num2 = numbers.top();numbers.pop();double num1 = numbers.top();numbers.pop();numbers.push(calculate(num1, num2, op));}operators.push(token[0]);} else { // 数字处理numbers.push(stod(token));}}while (!operators.empty()) { // 处理剩余的运算符char op = operators.top();operators.pop();double num2 = numbers.top();numbers.pop();double num1 = numbers.top();numbers.pop();numbers.push(calculate(num1, num2, op));}return numbers.top();
}
最后,我们可以把上述函数组合成一个完整的程序,实现交互式求表达式的值。以下是一个示例实现:
#include <iostream>
#include <stack>
#include <vector>using namespace std;bool is_operator(char c) {switch (c) {case '+':case '-':case '*':case '/':return true;default:return false;}
}int get_priority(char op) {switch (op) {case '+':case '-':return 1;case '*':case '/':return 2;default:return -1; // 如果不是运算符,则返回-1}
}bool has_higher_priority(char op1, char op2) {int p1 = get_priority(op1);int p2 = get_priority(op2);return p1 >= p2; // 注意这里的大于等于号,表示左结合性
}double calculate(double num1, double num2, char op) {switch (op) {case '+':return num1 + num2;case '-':return num1 - num2;case '*':return num1 * num2;case '/':return num1 / num2;default:return 0; // 如果不是运算符,则返回0}
}vector<string> parse_expression(string expression) {vector<string> tokens;int i = 0;while (i < expression.length()) {char c = expression[i];if (is_operator(c)) { // 如果是运算符,则直接加入vector中string token(1, c);tokens.push_back(token);i++;} else if (isdigit(c)) { // 如果是数字,则将其合并string number("");while (i < expression.length() && isdigit(expression[i])) {number += expression[i];i++;}tokens.push_back(number);} else { // 其他情况视为非法字符,忽略掉i++;}}return tokens;
}double evaluate_expression(string expression) {vector<string> tokens = parse_expression(expression);stack<double> numbers;stack<char> operators;for (int i = 0; i < tokens.size(); i++) {string token = tokens[i];if (token == "(") { // 括号特殊处理operators.push(token[0]);} else if (token == ")") {while (!operators.empty() && operators.top() != '(') {char op = operators.top();operators.pop();double num2 = numbers.top();numbers.pop();double num1 = numbers.top();numbers.pop();numbers.push(calculate(num1, num2, op));}operators.pop(); // 将左括号弹出} else if (is_operator(token[0])) { // 运算符处理while (!operators.empty() &&has_higher_priority(operators.top(), token[0])) {char op = operators.top();operators.pop();double num2 = numbers.top();numbers.pop();double num1 = numbers.top();numbers.pop();numbers.push(calculate(num1, num2, op));}operators.push(token[0]);} else { // 数字处理numbers.push(stod(token));}}while (!operators.empty()) { // 处理剩余的运算符char op = operators.top();operators.pop();double num2 = numbers.top();numbers.pop();double num1 = numbers.top();numbers.pop();numbers.push(calculate(num1, num2, op));}return numbers.top();
}int main() {string expression;cout << "请输入表达式(仅支持整数和四则运算):" << endl;getline(cin, expression);double result = evaluate_expression(expression);cout << "计算结果为:" << result << endl;return 0;
}
四、总结
通过上面的代码,我们可以实现基本的交互式求表达式的值功能。但需要注意,该程序仅支持整数和四则运算,如果要支持更复杂的表达式,需要进行一定的修改。
希望对看到的小伙伴有帮助。