表达式求值的C实现

 Stack.h:

//-----------------------------------
//Stack.h
//实现运算符栈和运算数栈的抽象数据类型
//及一些预定义类型
//-----------------------------------
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define OK       1
#define ERROR    0
#define TRUE     1
#define FALSE    0
#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 int Boolean; //定义布尔类型
typedef int  Status;
typedef double OperandType;  //操作数
typedef char   OperatorType;  //操作符

typedef struct
{
    OperatorType *base; //在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULL
    OperatorType *top;  //栈顶指针
    int stacksize;  //当前已分配的存储空间，以元素为单位
}OPTRStack;

typedef struct
{
    OperandType *base;
    OperandType *top;
    int stacksize;
}OPNDStack;

//初始化
Status InitStack_OPTR (OPTRStack *s)
{
    (*s).base = (OperatorType *)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(OperatorType));
    if(!(*s).base)
       exit(OVERFLOW);
    (*s).top = (*s).base;
    (*s).stacksize = STACK_INIT_SIZE;
    return OK;
}

Status InitStack_OPND (OPNDStack *s)
{
    (*s).base = (OperandType *)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(OperandType));
    if(!(*s).base)
       exit(OVERFLOW);
    (*s).top = (*s).base;
    (*s).stacksize = STACK_INIT_SIZE;
    return OK;
}
//取栈顶元素
Status GetTop_OPTR (OPTRStack s, OperatorType *e)
{
    if(s.top == s.base)
       return ERROR;
    *e = *(s.top-1);
    return OK;
}

Status GetTop_OPND (OPNDStack s, OperandType *e)
{
    if(s.top == s.base)
       return ERROR;
    *e = *(s.top-1);
    return OK;
}
//进栈
Status Push_OPTR (OPTRStack *s, OperatorType e)
{
    if((*s).top-(*s).base >= (*s).stacksize)
    {
       OperatorType *newbase = (OperatorType *) realloc((*s).base,
           ((*s).stacksize + STACKINCREMENT) * sizeof(OperatorType));
       if(!newbase) exit(OVERFLOW);
       (*s).base = newbase;
       (*s).top = (*s).base + (*s).stacksize;
       (*s).stacksize += STACKINCREMENT;
    }
    *(*s).top = e; (*s).top++;
    return OK;
}

Status Push_OPND (OPNDStack *s, OperandType e)
{
    if((*s).top-(*s).base >= (*s).stacksize)
    {
       OperandType *newbase = (OperandType *) realloc((*s).base,
           ((*s).stacksize + STACKINCREMENT) * sizeof(OperandType));
       if(!newbase) exit(OVERFLOW);
       (*s).base = newbase;
       (*s).top = (*s).base + (*s).stacksize;
       (*s).stacksize += STACKINCREMENT;
    }
    *(*s).top = e; (*s).top++;
    return OK;
}
//出栈
Status Pop_OPTR (OPTRStack *s, OperatorType *e)
{
    if((*s).top == (*s).base) return ERROR;
    (*s).top--; *e = *(*s).top;
    return OK;
}

Status Pop_OPND (OPNDStack *s, OperandType *e)
{
    if((*s).top == (*s).base) return ERROR;
    (*s).top--; *e = *(*s).top;
    return OK;
}

Expression evaluation.c:

//---------------------------------
//Expression evaluation.c
//主函数
//---------------------------------

//-----------------------------------------------------------------------------------
//题目：算术表达式求值
//完成时间：2009.03.17
//使用C语言编写
//程序功能说明：
//用户通过键盘输入一个表达式，计算机进行判读，如果是合法的表达式就按运算符的优先顺序
//给出结果，如果是非法的，就给出非法提示，并让用户重新输入。用户可以输入'#'号来表示
//表达式输入完成，也可以选择不输入。
//使用了两个栈：操作数栈和操作符栈来实现。并演示了操作过程中栈的变化。
//功能限制:
//不支持大数运算，运算符仅限'+' '-' '*' '/'，另外支持括号'(' ')'。
//-----------------------------------------------------------------------------------
#include "Stack.h"
#include "Function.h"

void main()
{
    OperatorType e; OPTRStack optr; OPNDStack opnd;
    double value, result;
    int waitingMatch = 0; //等待匹配的左括号数目
    int index = 0; //index为读取表达式的游标，n为栈操作自增索引
    char str[100], c; //str存放表达式, c为每次从表达式中读入的字符
    Boolean valid;  //表达式是否合法
    Boolean needNum; //接下来是否需要读入数字
    enum {NUMBER, OPERATOR, LEFT_BRACKET, RIGHT_BRACKET}State; //接下来不应读入类型(数字，操作符，括号)
    do
    {
        index = 0; value = 0; result = 0; waitingMatch = 0;
        valid = TRUE; needNum = TRUE; State = OPERATOR;
        printf("Please enter the expression:");
        scanf("%s", &str); //读入表达式
        InitStack_OPTR(&optr); InitStack_OPND(&opnd); Push_OPTR(&optr,'#');
        c = str[index];
        //边读表达式边判断表达式的合法性，并进行一些运算
        while (str[index] != '#' && str[index] != '\0' && valid == TRUE)
        {
            showStack(optr, opnd); 
            printf("Read character: %c\n", c);
            if(c >= '0' && c <= '9')
            {
                if(State == NUMBER)
                {
                    valid = FALSE; //如果当前不能是数字，表达式非法
                    break;
                }
                State = LEFT_BRACKET; //数字之后不能是左括号
                needNum = FALSE;
                getValue(str, &index, &value, &valid); //获得操作数
                Push_OPND(&opnd, value);
                printf("Operation: Push_OPND(&opnd, %f)\n", value);
            }
            else if(c == '+' || c == '-' || c == '*' || c == '/' || c == '#')
            {
                if(State == OPERATOR || needNum == TRUE)
                {
                    valid = FALSE; //如果当前不能是操作符，表达式非法
                    break;
                }
                needNum = TRUE; //操作符后要有数字与它相匹配
                State = RIGHT_BRACKET; //操作符之后不能是右括号
                GetTop_OPTR(optr, &e);                    
                switch(Precede(e, c))
                {
                    case '<': Push_OPTR(&optr, c); printf("Operation: Push_OPTR(&optr, '%c')\n", c);            
                        break; //栈顶元素优先权低
                      case '>': value = Calculate(&optr, &opnd, &valid);//栈顶元素优先权高
                          Push_OPTR(&optr, c); Push_OPND(&opnd, value);        
                        printf("Operation: Calculate(&optr, &opnd, &valid), Push_OPND(&opnd, %f)\n", value);
                        break;
                }
            }
            else if(c == '(' || c == ')')
            {
                if(c == '(')
                {
                    if(State == LEFT_BRACKET)
                    {
                        valid = FALSE; //如果当前不能是右括号，表达式非法
                        break;
                    }
                    waitingMatch++;
                    Push_OPTR(&optr, '(');
                    printf("Operation: Push_OPTR(&optr, '(')\n");
                    State = OPERATOR;//左括号之后不能是操作符
                }
                else if(waitingMatch == 0 && c == ')')
                {
                    valid = FALSE; //括号不匹配，表达式为非法
                    break;
                }
                else if(waitingMatch > 0 && c == ')') //脱括号
                {
                    if(State == RIGHT_BRACKET)
                    {
                        valid = FALSE; //如果当前不能是右括号，表达式非法
                        break;
                    }
                    State = NUMBER; //右括号之后不能是数字
                    GetTop_OPTR(optr, &e);
                    while(e != '(')
                    {
                        value = Calculate(&optr, &opnd, &valid);
                        Push_OPND(&opnd, value); showStack(optr, opnd);
                        GetTop_OPTR(optr, &e);
                    }
                    Pop_OPTR(&optr, &e); //脱掉左括号
                    printf("Operation: Remove Bracket\n");
                    waitingMatch--;
                }
            }
            else
            {
                valid = FALSE; //输入非法字符
                break;
            }
            c = str[++index]; //游标下移
        }
        if(waitingMatch > 0 || needNum == TRUE) //存在未匹配的括号, 等待操作数
            valid = FALSE;
        GetTop_OPTR(optr, &e);
        //做最后的运算，将栈中还没进行运算的内容做运算
        while(e != '#' && valid == TRUE)
        {
            showStack(optr, opnd); 
            printf("Read character: %c\n", c);
            value = Calculate(&optr, &opnd, &valid);
            Push_OPND(&opnd, value); 
            GetTop_OPTR(optr, &e);
            printf("Operation: Calculate(&optr, &opnd, &valid), Push_OPND(&opnd, %f)\n", value);
        }
        printf("\nExpression: %s\n", str);
        if(valid == FALSE)
            printf("Illegal expression! Please re-enter!\n");
    }while(valid == FALSE);

    result = value;
    printf("The Result: %f\n", result);
}

Funtion.h:

//-----------------------------------
//Stack.h
//实现运算符栈和运算数栈的抽象数据类型
//及一些预定义类型
//-----------------------------------
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define OK       1
#define ERROR    0
#define TRUE     1
#define FALSE    0
#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 int Boolean; //定义布尔类型
typedef int  Status;
typedef double OperandType;  //操作数
typedef char   OperatorType;  //操作符

typedef struct
{
    OperatorType *base; //在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULL
    OperatorType *top;  //栈顶指针
    int stacksize;  //当前已分配的存储空间，以元素为单位
}OPTRStack;

typedef struct
{
    OperandType *base;
    OperandType *top;
    int stacksize;
}OPNDStack;

//初始化
Status InitStack_OPTR (OPTRStack *s)
{
    (*s).base = (OperatorType *)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(OperatorType));
    if(!(*s).base)
       exit(OVERFLOW);
    (*s).top = (*s).base;
    (*s).stacksize = STACK_INIT_SIZE;
    return OK;
}

Status InitStack_OPND (OPNDStack *s)
{
    (*s).base = (OperandType *)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(OperandType));
    if(!(*s).base)
       exit(OVERFLOW);
    (*s).top = (*s).base;
    (*s).stacksize = STACK_INIT_SIZE;
    return OK;
}
//取栈顶元素
Status GetTop_OPTR (OPTRStack s, OperatorType *e)
{
    if(s.top == s.base)
       return ERROR;
    *e = *(s.top-1);
    return OK;
}

Status GetTop_OPND (OPNDStack s, OperandType *e)
{
    if(s.top == s.base)
       return ERROR;
    *e = *(s.top-1);
    return OK;
}
//进栈
Status Push_OPTR (OPTRStack *s, OperatorType e)
{
    if((*s).top-(*s).base >= (*s).stacksize)
    {
       OperatorType *newbase = (OperatorType *) realloc((*s).base,
           ((*s).stacksize + STACKINCREMENT) * sizeof(OperatorType));
       if(!newbase) exit(OVERFLOW);
       (*s).base = newbase;
       (*s).top = (*s).base + (*s).stacksize;
       (*s).stacksize += STACKINCREMENT;
    }
    *(*s).top = e; (*s).top++;
    return OK;
}

Status Push_OPND (OPNDStack *s, OperandType e)
{
    if((*s).top-(*s).base >= (*s).stacksize)
    {
       OperandType *newbase = (OperandType *) realloc((*s).base,
           ((*s).stacksize + STACKINCREMENT) * sizeof(OperandType));
       if(!newbase) exit(OVERFLOW);
       (*s).base = newbase;
       (*s).top = (*s).base + (*s).stacksize;
       (*s).stacksize += STACKINCREMENT;
    }
    *(*s).top = e; (*s).top++;
    return OK;
}
//出栈
Status Pop_OPTR (OPTRStack *s, OperatorType *e)
{
    if((*s).top == (*s).base) return ERROR;
    (*s).top--; *e = *(*s).top;
    return OK;
}

Status Pop_OPND (OPNDStack *s, OperandType *e)
{
    if((*s).top == (*s).base) return ERROR;
    (*s).top--; *e = *(*s).top;
    return OK;
}

成编译后测试：(((6+6)*6+3)*2+6)*2