表达式类型的实现毕业设计(论文)(已处理)

表达式类型的实现毕业设计（论文）（已处理）课程设计表达式类型的实现

学院计算机学院专业计算机科学与技术年级班别 2006级01班学号3106006394

学生姓名方锐洲辅导教师__ 吴伟民_______ 成绩_______ ______

2008年7月 3 日

表达式类型的实现

目录

一需求分析

二概要设计

1数据类型的声明

2表达式的抽象数据类型定义

3整体设计

三详细设计

1二叉树的存储类型

2顺序栈的存储类型

3表达式的基本操作

4主程序和其他伪码算法

5函数的调用关系

四设计和调试分析

五用户手册

六测试

七课程设计的心得和心得以及问题-----18

八参考文献

九附录程序清单

一需求分析课程设计要求

问题的描述

一个表达式和一棵二叉树之间存在着自然的对应关系写一个程序实现

基于二叉树表示的算术表达式Expression的操作

基本要求

一必做部分

假设算术表达式Expression内可以含有变量a-z常量0-9和二元运算

符-乘幂实现以下操作

1ReadExpr E ――以字符序列的形式输入语法正确的前缀表达式并构造

表达式E

2WriteExpr E ――用带括号的中缀表达式输出表达式E

3Assign Vc ――实现对变量V的赋值V c变量的初值为0

4Value E ――对算术表达式E求值

5CompoundExpr pE1E2 ――构造一个新的复合表达式E1pE2

二选做部分

1以表达式的原书写形式输入支持大于0的正整数常量 2增加常数合并操作MergeConst E 合并表达式E中所有常数运算例如对表

达式E 23-a b34 进行合并常数的操作后求得E 5-a b12 测试数据

分别输入0a-91abc5x28x32x2x6并输出

每当输入一个表达式后对其中的变量赋值然后对表达式求值还有很多测试的数据详细请见附上的文件Testtxt 二概要设计

1数据类型的声明

在这个课程设计中采用了链表二叉树的存储结构以及两个顺序栈的辅助

存储结构

头文件以及存储结构

include

include

include

include

define TRUE 1

define FALSE 0

define OK 1

define ERROR 0

define OVERFLOW 0

typedef int Status

2表达式的抽象数据类型定义

ADT Expression

数据对象DD是具有数值的常量C和没有数值的变量V

数据关系R V或者C P V或者C VC?D V或者C P V或者C 表示由运算符P结合起来的表达式E

基本操作

Status Input_Expr stringflag

操作结果以字符序列的形式输入语法正确的前缀表达式保存到字符串string 参数flag表示输出的提示信息是什么输入成功返回OK否则返回ERROR void judge_value Estringi

初始条件树E存在表达式的前缀字符串string存在

操作结果判断字符string[i]如果是0-9常量之间二叉树结点E存为整型否则存为字符型

Status ReadExpr Eexprstring

初始条件表达式的前缀形式字符串exprstring存在

操作结果以正确的前缀表示式exprstring并构造表达式E构造成功返回OK否则返回ERROR

Status Pri_Compare c1c2

初始条件c1和c2是字符

操作结果如果两个字符是运算符比较两个运算符的优先级c1比c2优先返回OK 否则返回ERROR

void WriteExpr E

初始条件表达式E存在

操作条件用带括弧的中缀表达式输入表达式E

void Assign EVcflag

初始条件表达式E存在flag为标志是否有赋值过

操作结果实现对表达式E中的所有变量V的赋值 V c long Operate

opr1opropr2

初始条件操作数opr1和操作数opr2以及操作运算符opr 操作结果运算符运算求值参数opr1opr2为常量opr为运算符根据不同的运

算符实现不同的运算返回运算结果

Status Check E

初始条件表达式E存在

操作结果检查表达式E是否还存在没有赋值的变量以便求算数表达式E的值long Value E

初始条件表达式E存在

操作结果对算术表达式求值返回求到的结果

void CompoundExpr PE1E2

初始条件表达式E1和E2存在

操作条件构造一个新的复合表达式 E1 P E2

Status Read_Inorder_Expr stringpre_expr

操作结果以表达式的原书写形式输入表达式的原书写形式字符串string变为字符串pre_expr后调用reversal_string 函数反转得到前缀表达式

pre_expr得到正确的前缀表达式返回OK否则返回ERROR

void MergeConst E

操作结果常数合并操作合并表达式E中所有常数运算

ADT Expression

3整体设计

在这个课程设计中有两个源代码文件expressionh和expressionc

在expressionh文件中包含了各个存储结构的声明和辅助存储结构的两个栈的基本操作在expressionc文件中是实现课程设计要求的各个函数

《一》expressionh文件的整体结构

1各个存储结构的声明

2两个除了栈名和栈存储的元素不一样的顺序栈的基本操作其基本操作如下对于栈SqStack

Status InitStack SqStack S 构造一个空栈S

Status StackEmpty SqStack S 若栈S为空栈则返回TRUE否则返回FALSE Status Push SqStack SSElemType e 插入元素e为新的栈顶元素

Status Pop SqStack SSElemType e 若栈不空则删除S的栈顶元素用e返回其值并返回OK否则返回ERROR

Status GetTop SqStack SSElemType e 若栈不空则用e返回S的栈顶元素并返回OK否则返回ERROR

对于栈SqStack1

Status InitStack1 SqStack1 S 构造一个空栈S

Status StackEmpty1 SqStack1 S 若栈S为空栈则返回TRUE否则返回FALSE Status Push1 SqStack1 SSElemType1 e 插入元素e为新的栈顶元素

Status Pop1 SqStack1 SSElemType1 e 若栈不空则删除S的栈顶元素用e返回其值并返回OK否则返回ERROR

Status GetTop1 SqStack1 SSElemType1 e 若栈不空则用e返回S的栈顶元素并返回OK否则返回ERROR

顺序栈的基本操作的算法见程序清单

《二》expressionc文件的整体结构

1主程序模块的整体流程

可以从主菜单函数可以明了的了解的程序的整体流程主菜单函数menu 如下char menu

char choice

printf "\n"

printf "\n 1 输入正确的前缀表达式"

printf "\n 2 带括弧的中缀表示式输出"

printf "\n 3 对变量进行赋值"

printf "\n 4 对算数表达式求值"

printf "\n 5 构造一个新的复合表达式"

printf "\n 6 以表达式的原书写形式输入"

printf "\n 7 合并表达式中所有常数运算"

printf "\n 0 退出"

printf "\n"

printf "\n请输入你的选择 "

choice getche

return choice

在主函数中采用多分支程序设计语句switch 使程序产生不同的流向从而

达到实现课程设计的各个要求

void main

while 1

清屏

switch 主菜单

根据不同的选择调用不同的操作函数完成各个操作

2本程序有四个模块主程序模块二叉树模块两个顺序栈模块四者的调用关

系如下

主程序模块中的对于表达式的存储结构调用了二叉树模块而在构造表达式的二叉树模块中又调用了顺序栈SqStack模块主程序中在将原表达式形式输入表达式转换为前缀表达式操作中调用了顺序栈SqStack1模块三详细设计

1二叉树的存储类型

二叉树结点类型

typedef enum INTCHAR ElemTagINT为整型数据numCHAR为字符型数据c typedef struct TElemType

ElemTag tag INTCHAR 指示是整型还是字符型

union

int numtag INT时为整型

char ctag CHAR时为字符型

TElemType

二叉树的二叉链表存储表示

typedef struct BiTNode

TElemType data

struct BiTNode lchildrchild 左右孩子指针

BiTNodeBiTree

二叉树的基本操作已经在构造表达式和表达式中的基本操作中根据不同的功能和实际情况修改了详细见各个函数操作的算法设计

2顺序栈的存储类型

栈的顺序存储表示

define STACK_INIT_SIZE 10 存储空间初始分配量

define STACKINCREMENT 2 存储空间分配增量

两个顺序栈

typedef struct SqStack

SElemType base 在栈构造之前和销毁之后base的值为NULL SElemType top 栈顶指针

int stacksize 当前已分配的存储空间以元素为单位

SqStack 顺序栈SqStack

typedef struct SqStack1

SElemType1 base 在栈构造之前和销毁之后base的值为NULL SElemType1 top 栈顶指针

int stacksize 当前已分配的存储空间以元素为单位

SqStack1 顺序栈SqStack1

相关的基本操作见上面的expressionh文件的整体结构的说明详细的算法

设计见附录的程序清单

3表达式的基本操作

Status Input_Expr char stringint flag

以字符序列的形式输入语法正确的前缀表达式保存到字符串string

参数flag 0表示输出的提示信息是"请输入正确的前缀表示式"

flag 1表示输出的提示信息为"请以表达式的原书写形式输入正确表示式"

void judge_value BiTree Echar stringint i

判断字符string[i]如果是0-9常量之间二叉树结点存为整型否则存为字符型Status ReadExpr BiTree Echar exprstring

以正确的前缀表示式并构造表达式E

Status Pri_Compare char c1char c2

如果两个字符是运算符比较两个运算符的优先级c1比c2优先返回OK否则返回ERROR

void WriteExpr BiTree E

用带括弧的中缀表达式输入表达式

void Assign BiTree Echar Vint cint flag

实现对表达式中的所有变量V的赋值 V c 参数flag为表示是否赋值过的标志long Operate int opr1char oprint opr2

运算符运算求值参数opr1opr2为常量opr为运算符根据不同的运算符实现不同的运算返回运算结果

Status Check BiTree E

检查表达式是否还存在没有赋值的变量以便求算数表达式的值 long Value BiTree E

对算术表达式求值

void CompoundExpr char PBiTree E1BiTree E2

构造一个新的复合表达式

Status Read_Inorder_Expr char stringchar pre_expr

以表达式的原书写形式输入表达式的原书写形式字符串string变为字符串pre_expr后调用reversal_string 函数反转得到前缀表达式pre_expr void MergeConst BiTree E

常数合并操作函数合并表达式E中所有常数运算

下面列出部分基本操作的伪码算法未列出的请见程序清单

其中部分基本操作的伪码算法如下

4主程序和其他伪码算法

void main

while 1

switch menu

case 1输入正确的前缀表达式

if Input_Expr Expr_String0 输入正确的前缀表达式

if ReadExpr EExpr_String 构造表达式

flag 1printf "\n表达式构造成功"

case 2带括弧的中缀表示式输出

if flag 1 WriteExpr E

else printf "\n表达式未构造成功请构造成功的表达式"

case 3对变量进行赋值

if flag 1

flushall 清理缓冲区

V getchar

scanf c

Assign EVcAssign_flag

else printf "\n表达式未构造成功请构造成功的表达式"

case 4对算数表达式求值

if flag 1

if Check E

result Value E WriteExpr E printf result

else printf "\n表达式未构造成功请构造成功的表达式"

case 5构造一个新的复合表达式

if flag 1

flushall 清理缓冲区

if Input_Expr string1

if Read_Inorder_Expr stringExpr_String

按原表达式形式输入

reversal_string Expr_String

if ReadExpr E1Expr_String

flag 1P getchar

CompoundExpr PEE1

else printf "\n复合新的表达式失败请按

任意键返回主菜单"

case 6以表达式的原书写形式输入

if Input_Expr string1

if Read_Inorder_Expr stringExpr_String

reversal_string Expr_String

if ReadExpr EExpr_String

flag 1printf "\n表达式构造成功"

case 7合并表达式中所有常数运算

if flag 1 MergeConst E

case 0退出

5函数的调用关系

除了主函数main 外其他各个函数相对于其它函数来说是独立的函数的使用都由主函数main 调用使用的可以简单的说各个函数都是主函数下的从函数四设计和调试分析

1在起初设计上针对前缀表达式的要求构造表达式E常量的范围限定在0-9之间后在这个构造表达式的架构上逐个逐个实现对表达式上的操作后扩展到以表达式的原书写形式输入整体架构是不变的只是增加一些细节的处理功能这样的设计从开始到最后都处于可扩展的模块化设计

2在算法设计中构造表达式树的时候本来以为使用递归构造表达式会很难做到出错处理的所以采用了顺序栈辅助构造方法并且尽可能地对程序进行完善出错处理但是经过与同学的相互讨论和研究发现自己的想法犯了很大的错误递归构造表达式对于出错处理很简单也很完善这一点让我加深了递归的使用和理解

3在对各个功能操作的实现上时间复杂度大多数是O n 空间上增加了辅助栈空间复杂度为O ns 而在以原表达式形式输入操作上实际上是对字符串的操作将一串原表达式字符串处理为前缀表达式字符串而已算法时间复杂度取决于输入的字符串的长度n即O n 空间复杂度为O 2ns 整体的算法设计没有什么可取之处对于减少时间复杂度和空间复杂度上没有什么细细考虑

4在调试的过程中花费时间最为多的是对输入错误表达式的出错处理更改增加的代码几乎都是为了出错处理但是觉得这样的调试才更能锻炼一个人的编程能力课程设计注重的不单单只是基本程序的完成更多注重的是出错处理和界面的美化五用户手册

1本程序的运行环境为DOS操作系统执行文件为expressionexe

2进入演示程序后首先出现一个主菜单主菜单界面如下

3之后输入你的选择进入你所要进行的操作中

六测试

《一》选择1进入测试输入正确的前缀表达式操作

1输入的前缀表达式为一个不大于9常量8

2输入前缀表达式为一个变量Z

3输入前缀表达式为一个简单的运算表达式-91

4输入前缀表达式为一个较为复杂的带有变量的表达式3x32x2x6

5输入前缀表达式-23ab34输出带括弧的表达式

6输入错误的前缀表达式999和5x28x

《二》选择3进入测试对变量的赋值

1对前缀表达式3x32x2x6中变量x进行赋值赋值为5

2对前缀表达式abc中的变量b进行赋值赋值为6

3对前缀表达式5x28x中不存在的变量y进行赋值赋值为4 《三》选择4进入测试求算数表达式的值

1求算数表达式98的值

2求算数表达式659892 21-96

输出的结果少了括弧这个是程序中的一个BUG程序的判定带括弧输出表达

式时判断两个优先级别时的一个很大的BUG一个本人自己没法解决的BUG 2构造表达式 32 9 - 63 91 8183 输出的结果简化了多余的括弧这一点是一个很大的优化

3构造表达式66出错处理

4构造表达式6-b99出错处理

5构造表达式9a 65 a出错处理多余输入的括弧

6构造表达式6986出错处理输入非运算符和非变量常量的表达式《六》选择7进入合并常数操作

1构造表达式 23-a b34 后合并常数操作

2构造表达式334经过多次合并得出最后结果

这个合并常数操作唯一的缺点就是要多次操作但是这个缺点也不能说为缺

点它可以很清晰的反映出表达式求值的步骤

经过对各个操作的测试可以这样总结的说基本完成了课程设计的要求虽说

其中有一些操作还存在BUG需要去完善改进

七课程设计的心得和体会以及问题

此次课程设计相对于我来说难度适中相对于这个学期写的那些小算法来说这个课程设计能充分发挥出学习数据结构后的能力而相对于之前做的设计性实验又有了实际的应用现实应用度增加

从接触C语言编程到现在我就觉得编程不是简简单单的写出程序更多的是出错处理和界面设计这次课程设计中更让我深刻体会到这个道理编出大体的程序架构花费了我的时间不多而花费了我很多时间的是在调试和测试数据上这次课程设计不仅训练了我对Visual C60的调试器的操作的熟练度而且让我在发现问题解决问题中深刻地理解到完善程序的重要性

这次课程设计在技术上的学习上我觉得让我更懂得递归递归的使用更加熟练递归的分析更加清晰递归的思想更加深化

做课程设计我觉得第一点是架构一个好的架构可以让细节更完善在这次课程设计中我首先确定的是一个架构前缀表达式构造表达式为架构其余的操作都是在这个架构上增加扩充第二点是调试测试分析一个完善的程序是要经过千锤百炼的也能做到更加完善第三点是心得的总结

总的来说这次课程设计让我学了很多总结了很多

八参考文献

严蔚敏吴伟民著数据结构C语言版北京清华大学出版社2007

谭浩强著C程序设计第三版北京清华大学出版社2005

九附录程序清单

源程序文件名清单

expressionh 包含头文件存储结构的声明以及两个顺序栈的基本操作

exprssionc 包含主程序和表达式的基本操作《一》文件expressionh

头文件以及存储结构

include

include

include

include

define TRUE 1

define FALSE 0

define OK 1

define ERROR 0

define OVERFLOW 0

typedef int Status

二叉树结点类型

typedef enum INTCHAR ElemTagINT为整型数据numCHAR为字符型数据c typedef struct TElemType

ElemTag tag INTCHAR 指示是整型还是字符型

union

int numtag INT时为整型

char ctag CHAR时为字符型

TElemType

二叉树的二叉链表存储表示

typedef struct BiTNode

TElemType data

struct BiTNode lchildrchild 左右孩子指针

BiTNodeBiTree

typedef BiTree SElemType栈SqStack的元素

typedef char SElemType1 栈SqStack1的元素

栈的顺序存储表示

define STACK_INIT_SIZE 10 存储空间初始分配量

define STACKINCREMENT 2 存储空间分配增量两个顺序栈

typedef struct SqStack

SElemType base 在栈构造之前和销毁之后base的值为NULL SElemType top 栈顶指针

int stacksize 当前已分配的存储空间以元素为单位

SqStack 顺序栈

typedef struct SqStack1

SElemType1 base 在栈构造之前和销毁之后base的值为NULL SElemType1 top 栈顶指针

int stacksize 当前已分配的存储空间以元素为单位

SqStack1 顺序栈

顺序栈的基本操作

Status InitStack SqStack S

构造一个空栈S

S base SElemType malloc STACK_INIT_SIZEsizeof SElemType if S base

exit OVERFLOW 存储分配失败

S top S base

S stacksize STACK_INIT_SIZE

return OK

Status StackEmpty SqStack S

若栈S为空栈则返回TRUE否则返回FALSE

if Stop Sbase return TRUE

else return FALSE

Status Push SqStack SSElemType e

插入元素e为新的栈顶元素

if S top- S base S stacksize 栈满追加存储空间

S base SElemType realloc S base S stacksizeSTACKINCREMENT sizeof SElemType

if S base exit OVERFLOW 存储分配失败

S top S base S stacksize

S stacksize STACKINCREMENT

S top e

return OK

Status Pop SqStack SSElemType e

若栈不空则删除S的栈顶元素用e返回其值并返回OK否则返回ERROR if S top S base return ERROR

e -- S top

return OK

Status GetTop SqStack SSElemType e

若栈不空则用e返回S的栈顶元素并返回OK否则返回ERROR

if Stop Sbase

e Stop-1

return OK

else

return ERROR

顺序栈的基本操作

Status InitStack1 SqStack1 S

构造一个空栈S

S base SElemType1 malloc STACK_INIT_SIZEsizeof SElemType1

if S base

exit OVERFLOW 存储分配失败

S top S base

S stacksize STACK_INIT_SIZE

return OK

Status StackEmpty1 SqStack1 S

若栈S为空栈则返回TRUE否则返回FALSE

if Stop Sbase return TRUE

else return FALSE

Status Push1 SqStack1 SSElemType1 e

插入元素e为新的栈顶元素

if S top- S base S stacksize 栈满追加存储空间

S base SElemType1 realloc S base S stacksizeSTACKINCREMENT sizeof SElemType1

if S base exit OVERFLOW 存储分配失败

S top S base S stacksize

S stacksize STACKINCREMENT

S top e

return OK

Status Pop1 SqStack1 SSElemType1 e

若栈不空则删除S的栈顶元素用e返回其值并返回OK否则返回ERROR if S top S base return ERROR

e -- S top

return OK

Status GetTop1 SqStack1 SSElemType1 e

若栈不空则用e返回S的栈顶元素并返回OK否则返回ERROR

if Stop Sbase

e Stop-1

return OK

else

return ERROR

《二》文件expressionc

include"expressionh"

全局变量

int save_number[31]在按原表达式输入形式中输入的常量保存到数组save_number中常量最多为30个0单元不用

char Expr_String[30]存放表达式的字符串

以字符序列的形式输入语法正确的前缀表达式保存到字符串string 参数flag 0表示输出的提示信息是"请输入正确的前缀表示式"

flag 1表示输出的提示信息为"请以表达式的原书写形式输入正确表示式"

Status Input_Expr char stringint flag

if flag 0 printf "\n请输入正确的前缀表示式"

else printf "\n请以表达式的原书写形式输入正确表示式" flushall 清理缓冲区

gets string 从键盘输入一串字符串作为表达式

if strlen string 1 输入的表达式字符串长度为1