目录1. 前言2. 中缀表达式2.1 求值流程2.2 演示表达式4*6^(3+3*3-2*3)-8 的求值过程当2.3 编码实现3.后缀表达式4. 中缀转后缀表达式4.1 流程演示4
表达式求值对于有知识积累的你而言,可以通过认知,按运算符的优先级进行先后运算。
但对计算机而言,表达式仅是一串普通的信息而已,需要通过编码的方式告诉计算机运算法则,这个过程中栈起到了至关重要的作用。
表达式由 2
部分组成:
在一个复杂的表达式中,操作数和运算符可以有多个,运算符之间存在优先级,且不同运算符所需要的操作数的数量也有差异。这时,表达式的计算过程就变得较复杂。为了简化问题,本文只限于讨论基于常量操作数和双目运算符的表达式。
在计算机中,表达式的描述可以有以下 3
种:
本文将讨论后缀表达式和中缀表达式的计算过程。
平常所见最多的表达式是中缀表达式,如下所示:
4*6^(3+3*3-2*3)-8
对中缀表达式
求值时需要创建 2
个栈。
optStack
。numStack
。stack<int> numStack;
stack<char> optStack;
扫描整个表达式,对不同类型(操作数和运算符)的字符采用不同的处理方案。
直接将其压入numStack
中,如上述表达式中的第一个字符是 4
,压入numStack
栈中。
如果运算符比optStack
栈顶运算符的优先级高,则入栈。如果比optStack
栈顶的运算符的优先级低,则弹出运算符,再从numStack
栈中弹出 2
个操作数,对其进行运算,且把运算结果压入到numStack
栈中。
这里就有一个问题,如何判断运算符的优先级?
基于数学常识,在常规的加减乘除四则运算表达式中:
() > ^ > *、/、%
> +、-`。但是,这里需要知道, 因为使用到了出栈、入栈操作,运算符在栈外和栈内的优先级是不一样的。
如左括号(
运算符,在栈外优先级是最高的,进栈后优先级则变得最低。这个很好理解,括号的本质是界限符号( 界限了一个子表达式的范围,它并不具有运算能力),为了保证左括号后面的表达式中的运算符能正常入栈,就必须降低优先级别。当左括号遇到右括号时,表示由这一对括号所标识的子表达式运算结束。
Tips: 栈内、栈外优先级相同的运算符,栈内优先。
4*6^(3+3*3-2*3)-8
的求值过程当-
)时,两个栈都是在进行入栈操作。-(减法)
运算符优先级低于optStack
栈顶的*
运算符。这时从optStack
栈中弹出*
,再从numStack
中弹出3
和3
两个操作数,进行乘法运算3*3=9
,并把结果压入numStack
栈中。-(减法)
和+(加法)
的优先级相同,栈内优先。此时,把+
从optStack
栈中弹出,并从numStack
中相继弹出9
和3
,计算3+9=12
,并把结果压入numStack
栈中。-(减法)
优先级大于栈中(
的优先级,-
入栈。optStack
栈中依次弹出运算符,从numStack
中相应弹出 2
个操作数,计算后把结果压入numStack
中,直到在optStack
栈中遇到左括号。弹出*
对3
和2
进行计算。并把结果6
压入numStack
中。
弹出-
运算符,并对numStack
栈中的12
和6
进行计算。
(
出栈,表示由括号表示的子表达式计算结束。继续扫描到第二个-
-
优先级小于^
,先做6^6=46656
乘方运算 。-
优先级小于*
,继续做乘法运算,46656*4=186624
。-
入栈,最后一个数字 8
入栈。-
,做最后的减法运算186624-8=186616
。整个表达式结束,numStack
栈顶的结果为表达式的最后结果。中缀表达式求值的完整代码,仅针对只包括加、减、乘、除、括号常规运算符的表达式。
#include <iOStream>
#include <stack>
#include <map>
#include <cmath>
#include <cstring>
using namespace std;
//运算符对象
struct Opt {
//运算符名字
char name;
//栈内级别
int stackInJb;
//栈外级别
int stackOutJb;
//构造
Opt(char name,int in,int out) {
this->name=name;
this->stackInJb=in;
this->stackOutJb=out;
}
bool compare(Opt* opt) {
return this->stackOutJb > opt->stackInJb;
}
//显示
void desc() {
cout<<this->name<<"-"<<this->stackInJb<<"-"<<this->stackOutJb<<endl;
}
};
//关联容器
map<char,Opt*> maps;
//初始化关联容器,本文限定表达式中只包括如下几种运算符
void mapOpt() {
maps['^']=new Opt('^',3,4);
maps['*']=new Opt('*',2,2);
maps['+']=new Opt('+',1,1);
maps['-']=new Opt('-',1,1);
maps['(']=new Opt('(',0,4);
maps[')']=new Opt(')',-1,-1);
}
int main(int arGC, char** argv) {
mapOpt();
//操作数栈
stack<int> numStack;
//运算符栈
stack<char> optStack;
//以字符描述的表达式,最外层的括号用来标志表达式的开始和结束
char exps[20]="(4*6^(3+3*3-2*3)-8)";
//初始压入 (
optStack.push(exps[0]);
//栈内运算符
Opt* opt;
//栈外运算符
Opt* opt_;
for(int i=1; exps[i]!='\0' ; ) {
if( !(exps[i]>='0' && exps[i]<='9') ) {
//栈内最初是 ) 运算符
opt=maps[optStack.top()];
//栈外运算符
opt_=maps[exps[i]];
//如果左右括号相遇
if(opt_->name==')' && opt->name=='(') {
//子表达式结束
optStack.pop();
i++;
continue;
}
//比较
bool com=opt_->compare(opt);
if (com) {
//入栈
optStack.push(opt_->name);
i++;
} else {
//运算
char n=opt->name;
optStack.pop();
int res;
int optNum1=numStack.top();
numStack.pop();
int optNum2=numStack.top();
numStack.pop();
if(n=='*') {
res=optNum2*optNum1;
} else if(n=='+') {
res=optNum2+optNum1;
} else if(n=='-') {
res=optNum2-optNum1;
} else if(n=='^') {
res= pow(optNum2,optNum1);
}
numStack.push(res);
}
} else {
//数字字符
numStack.push( exps[i]-'0' );
i++;
}
}
cout<<numStack.top()<<endl;
return 0;
}
输出结果:
186616
后缀表达式也称为逆波兰式,其求解过程比中缀表达式要简单,整个过程只需要一个操作数栈。所以往往会把中缀表达式转换成后缀表达式后再求解。
后缀表达式的求解流程:
2
个操作数,运算后把结果压入栈。如下是求解后缀表达式8571-*+82/-
的代码。
Tips:此后缀表达式对应的中缀表达式是: 8+5*(7-1)-8/2
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
int main() {
char exp[20]="8571-*+82/-";
stack<int> expStack;
int num1;
int num2;
char opt;
int res;
for(int i=0; exp[i]!='\0'; i++) {
if (exp[i]>='0' && exp[i]<='9') {
//入栈
expStack.push(exp[i]-'0');
} else {
//出栈
num1=expStack.top();
expStack.pop();
//出栈
num2=expStack.top();
expStack.pop();
//运算符
opt=exp[i];
switch(opt) {
case '+':
res=num2+num1;
break;
case '-':
res=num2-num1;
break;
case '*':
res=num2*num1;
break;
case '/':
res=num2/num1;
break;
}
expStack.push(res);
}
}
cout<<expStack.top()<<endl;
return 0;
}
执行后的输出结果:
34
虽然后缀表达式的计算过程要比中缀表达式简单很多,前提条件是要先把中缀表达式转换成后缀表达式。
转换流程:
问题的关键在于运算符优先级的比较,并且要考虑同一个运算符在栈内和栈外的级别。和前文计算中缀表达式时对运算符的优先级认定是一样的。
如下把8+5*(7-1)-8/2
中缀表达式转换成后缀表达式。
8
直接输出,+
是第一个操作数,因可能后续有更高的运算符,入栈。5
直接输出,*
优先级大于栈顶+
优先级,入栈。(
运算符在栈外优先级最高,入栈。7
直接输出,因(
运算符在栈内优先级最低,-
运算符入栈。1
直接输出,)
栈外优先级最低。运算符出栈,一直碰到(
。-
运算符小于栈中的+
、+
运算符。*
、+
运算符出栈。-
入栈。/
优先级大于-
,入栈。字符直接输出。中缀表达式转后缀表达式的实现过程类似于中缀表达式的求值过程,只是不需要进行计算。或者说中缀表达式的求值过程包括了中缀表达式转换成后缀表达式以及对后缀表达式求值过程。
#include <iostream>
#include <stack>
#include <map>
#include <cmath>
#include <cstring>
using namespace std;
struct Opt {
//运算符名字
char name;
//栈内级别
int stackInJb;
//栈外级别
int stackOutJb;
Opt(char name,int in,int out) {
this->name=name;
this->stackInJb=in;
this->stackOutJb=out;
}
bool compare(Opt* opt) {
return this->stackOutJb > opt->stackInJb;
}
//显示
void desc() {
cout<<this->name<<"-"<<this->stackInJb<<"-"<<this->stackOutJb<<endl;
}
};
map<char,Opt*> maps;
void mapOpt() {
maps['^']=new Opt('^',3,4);
maps['*']=new Opt('*',2,2);
maps['/']=new Opt('/',2,2);
maps['+']=new Opt('+',1,1);
maps['-']=new Opt('-',1,1);
maps['(']=new Opt('(',0,4);
maps[')']=new Opt(')',-1,-1);
}
int main(int argc, char** argv) {
mapOpt();
//后缀表达式
char hzExp[20]={'\0'};
int j=0;
stack<char> optStack;
//中缀表达式
char exps[20]="(8+5*(7-1)-8/2)";
optStack.push(exps[0]);
//栈内运算符
Opt* opt;
//栈外运算符
Opt* opt_;
for(int i=1; exps[i]!='\0' ; ) {
if( !(exps[i]>='0' && exps[i]<='9') ) {
//栈内最初是 ) 运算符
opt=maps[optStack.top()];
//栈外运算符
opt_=maps[exps[i]];
if(opt_->name==')' && opt->name=='(') {
//子表达式结束
optStack.pop();
i++;
continue;
}
//比较
bool com=opt_->compare(opt);
if (com) {
//入栈
optStack.push(opt_->name);
i++;
} else {
//运算
char n=opt->name;
optStack.pop();
hzExp[j]=n;
j++;
}
} else {
//数字字符
hzExp[j]=exps[i];
j++;
i++;
}
}
//hzExp[j]='\0';
cout<<hzExp<<endl;
return 0;
}
执行后输入结果:
当然,知道了如何把中缀表达式转成后缀表达式后,需要时,可以直接给出后缀表达式。
本文讲解了中缀、后缀表达式的求值过程以及如何将一个中缀表达式转换成后缀表达式。
到此这篇关于c++ 使用栈求解中缀、后缀表达式的值的文章就介绍到这了,更多相关C++中缀、后缀表达式的值内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网!
--结束END--
本文标题: C++ 如何使用栈求解中缀、后缀表达式的值
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