栈与队列的应用:四则运算表达式求值(C++实现)

预备知识:

  • 参考书籍《大话数据结构》、《算法笔记》
  • 栈:栈是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表;栈又称为是后进先出的线性表;
  • 图解:
  •     队列:队列是只允许在一端进行插入,而在另一端进行删除操作的线性表,即队列是一种先进先出的线性表。
  •     图解:
  •  中缀表达式:我们平常所用的四则表达式就是中缀表达式(比如:9+(3-1)x3+10÷2)
  • 后缀表达式:所有符号都是在运算数字的后面出现,这就是后缀表达(比如:9 3 1 - 3 * +10 2 / +)

中缀表达式转后缀表达式:

  • 从左到右遍历中缀表达式的每个数字和符号,若是数字就输出,即变成后缀表达式的一部分;若是符号,则判断其与栈顶符号的优先级,如果优先级高于栈顶符号,则栈顶元素依次出栈并输出,并将当前符号进栈,一直到最终输出后缀表达式为止。

后缀表达式进行计算 :

  • 从左到右遍历表达式的每个数字和符号,遇到是数字就进栈,遇到是符号,就将处于栈顶的两个数字输出,进行运算,运算结果进栈,一直到最终获得结果。

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#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<stack> 
#include<map>
#include<queue>
using namespace std;
struct node{
	double num;//操作数 
	char op;//操作符号 
	bool flag;//true表示操作数,false表示操作符号 
};

string str;
stack<node> s;//保存操作符的栈
queue<node> q;//保存后缀表达式序列
map<char,int> op;

//将中缀表达式转换为后缀表达式 
void Change(){
	double num;
	node temp;
	for(int i=0;i<str.length();){
		if(str[i]>='0'&&str[i]<='9'){//如果是数字 
			temp.flag=true;//标记是数字
			temp.num=str[i++]-'0';//记录这个操作数的第一个数位
			while(i<str.length()&&str[i]>='0'&&str[i]<='9'){
				temp.num=temp.num*10+(str[i]-'0');//更新这个操作数 
				i++;
			} 
			q.push(temp);//将这个操作数压进后缀表达式的队列中 
		}else{//如果是操作符
			temp.flag=false;//标记是操作符
			//只要操作符栈的栈顶元素比操作符优先级稿
			//就把操作符栈顶元素弹出到后缀表达式的队列中
			while(!s.empty()&&op[str[i]]<=op[s.top().op]){
				q.push(s.top());
				s.pop();
			} 
			temp.op=str[i];
			s.push(temp);//把该操作符压入操作符栈
			i++; 
		}
	}
	//如果操作符栈中还有操作符,就把它弹出到后缀表达式的队列中
	while(!s.empty()){
		q.push(s.top());
		s.pop();
	} 
} 

double Cal(){//计算后缀表达式 
	double temp1,temp2;
	node cur,temp;
	while(!q.empty()){//只要后缀表达式队列非空
	    cur=q.front();//cur记录队首元素 
		q.pop();
		if(cur.flag==true) s.push(cur);//如果是操作数,直接压入栈 
		else{//如果是操作符 
			temp2=s.top().num;//弹出第二操作数 
			s.pop();
			temp1=s.top().num;//弹出第一操作数
			s.pop();
			temp.flag=true;//临时记录操作数
			if(cur.op=='-') temp.num=temp1-temp2;//减法
			else if(cur.op=='+') temp.num=temp1+temp2;//加法
			else if(cur.op=='*') temp.num=temp1*temp2;//乘法
			else temp.num=temp1/temp2;
			s.push(temp); 
		}
		
	}
	return s.top().num;//栈顶元素就是后缀表达式的值 
}
int main()
{
	//设定操作符的优先级
	op['+']=op['-']=1;
	op['*']=op['/']=2;
	while(getline(cin,str),str!="0"){
		for(string::iterator it=str.end();it!=str.begin();it--){
			if(*it==' ') str.erase(it);//把表达式中的空格都去掉 
		}
		while(!s.empty()) s.pop();//初始化栈
		Change();//将中缀表达式转换为后缀表达式 
		printf("%.2f\n",Cal());//计算后缀表达式 
	} 
	return 0;
 } 
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