一起talk C栗子吧（第二十一回：C语言实例--表达式求值）
各位看官们，大家好，前几回中咱们说了堆栈的原理，并且举了实际的例子进行解说，这一回咱们说的例 子是：表达式求值。表达式求值和上一回中说的括号匹配一样，都使用了堆栈的原理，大家可以从例子中 看出来，所以我们把它们放在一起。闲话休提，言归正转。让我们一起talk C栗子吧！
看官们，我们在这里说的表达式为包含加，减，乘除的四则运算表达式。例如：1+23-4/5就是一个四则运 算表达式。这个表达式中，运算符在数字中间，所以我们叫它中缀表达式，这也是符合我们思维的一种表 现形式，不过，计算机就不理解中缀表达式了，因为它没有办法像我们一样先进行乘除运算，然后再进行 加减运算，所以我们需要把中缀表达式转换成计算机能理解的后缀表达式。“什么是后缀表达式”，这时候 台下有看官在提问了，看官莫急，所谓的后缀表达式就是运算符在数字后面。例如：" 1+23-6/3 "这个中缀 表达式可以为" 123*+63/- "这种后缀表达式.
表达式求值有两个大的步骤：
- 1.中缀表达式转换为后缀表达式。
- 2.对后缀表达式进行求值。
这两个大的步骤中还有一些小的步骤，接下来我们详细说说这些小步骤。在说之前，我首先说明一个概念： 优先级。优先级代表着先后顺序，举一个日常为生活中的例子：排队买东西的时候，排在队列前面的人， 比排在队列后面人具有优先买东西的权利，我们就可以说：排在队列前面的人买东西的优先级高。优先级 在表达式运算过程中体现为：乘法和除法的优先级比加法和减法的优先级高。也就是我们通常说的先乘除 后加减，这个内容我就不多说了，大家在小学数学中都学过。我们在表达式求值过程中把中缀表达式转换 为后缀表达式也与优先级有关，因为后缀表达式可以去掉运算符的优先级。没有优先级了，计算机就能理 解后缀表达式并对其进行相关的运算。
中缀表达式转换为后缀表达式的步骤如下：
- 1.从头到尾依次遍历中缀表达式，每次从表达式中读取一个字符；
- 2.判断步骤1中读取的字符，如果是数字则保存到数组a中，如果是+*等运算符，请看下一个步骤；
- 3.对存放运算符的栈进行出栈操作，把步骤的2中的运算符和刚才出栈的运算符进行优先级比较；
- 4.如果步骤2中的运算符优先级高，那么把参与比较的这两个运算符都入栈。否则看下一步；
- 5.如果步骤2中的运算符优先级低，那么让栈中的运算符继续出栈，并且把出栈的运算符存放数组a中；
- 6.重复步骤4和步骤5,直到出栈运算符的优先级比步骤2中运算符的优先级高为止；
- 7.重复步骤1到步骤6.直到遍历完中缀表达式为止；
- 8.判断栈中是否还有运算符，如果有的话，就把所有运算符出栈，并且把出栈的运算符存放数组a中。
对后缀表达式求值的步骤如下：
- 1.从头到尾依次遍历后缀表达式，每次从表达式中读取一个字符；
- 2.判断步骤1中读取的字符，如果是数字则入栈，如果是+*等运算符，请看下一个步骤；
- 3.对存放数字的栈进行两次出栈操作，依据步骤2中运算符的类型，对出栈的两个数字进行运算；
- 4.对步骤3中的运算结果进行入栈操作，这样可以把运算结果保存到存放数字的栈中；
- 5.重复步骤1到步骤4.直到遍历完后缀表达式为止；
- 6.栈中最后一个元素就是该表达式的运算结果。
看官们，详细的代码如下，请大家参考：
1 /* **************************
2 * Head file of Expression Evaluation
3 * *************************/
4 #ifndef EXPRESSION_EVALUATION_H
5 #define EXPRESSION_EVALUATION_H
6
7 #include<stdio.h>
8 #include<stdlib.h>
9
10 #define SUCCESS 0
11 #define FAILE 1
12
13 #define LEN 20 //栈的长度先定义为5,需要时可自行修改
14
15 typedef char StackElmt; //把char当作栈中元素的类型，实际中可以使用其它的类型或者自己定义一个元素类型
16 typedef struct _Stack{
17 StackElmt *base;
18 StackElmt *top;
19 int size;
20 }Stack;
21
22 StackElmt STACK[LEN+1] = {0}; //顺序存储方式的栈,防止数组越界，最后一个位置不放元素
23
24 //声明函数原型，这里有入栈和出栈操的函数
25 int StackInit(Stack *s);
26 int StackDestroy(Stack *s);
27 int StackPrint(Stack *s);
28 int StackPush(Stack *s, StackElmt e);
29 int StackPop(Stack *s, StackElmt *e);
30
31 #endif /* EXPRESSION_EVALUATION_H */ 1 /* **************************
2 * Soure file of Expression Evaluation
3 * *************************/
4
5 #include"ExpressionEvaluation.h"
6
7 //实现栈相关的函数，为了方便,放到了主函数所在的文件中，最好是单独建立实现函数的源文件
8 //初始化中栈
9 int StackInit(Stack *s)
10 {
11 if(NULL == s)
12 return FAILE;
13
14 s->top = s->base = &STACK[0];
15 s->size = 0;
16
17 }
18 int StackDestroy(Stack *s)
19 {
20 int i =0;
21
22 if(NULL == s)
23 return FAILE;
24
25 while(i<LEN)
26 {
27 STACK[i] = 0;
28 i++;
29 }
30 s->top = s->base = NULL;
31 s->size = 0;
32 }
33 //输出栈中存放的元素
34 int StackPrint(Stack *s)
35 {
36 int index = 0;
37
38 if(NULL == s)
39 return FAILE;
40
41 if(s->size == 0)
42 {
43 printf("the Stack is empty,there is not any element \n");
44 return FAILE;
45 }
46
47 while(index < (s->size))
48 {
49 printf("%d ",*((s->base)+index) );
50 index++;
51 }
52
53 printf("\n ");
54
55 return SUCCESS;
56 }
57
58 //入栈函数,top指向栈顶,先把元素入栈,然后向栈顶移动一位
59 int StackPush(Stack *s, StackElmt e)
60 {
61 if(NULL == s)
62 return FAILE;
63
64 if(s->size >= LEN)
65 {
66 printf("the Stack is full \n");
67 return FAILE;
68 }
69
70 *(s->top) = e;
71 (s->top)++;
72 (s->size)++;
73
74 return SUCCESS;
75 }
76
77 //出栈函数,top先向栈底移到一位，然后移出当前它所指向的元素
78 int StackPop(Stack *s, StackElmt *e)
79 {
80 if(NULL == s)
81 return FAILE;
82
83 if(s->size == 0)
84 {
85 //printf("the Stack is empty \n");
86 return FAILE;
87 }
88
89 (s->top)--;
90 *e = *(s->top);
91 (s->size)--;
92
93 return SUCCESS;
94 }
95
96 int main()
97 {
98 char ch = '\0';
99 char str[2];
100 char *a1= "1+2*3-6/3"; // 存放中缀表达式
101 //char *a1="1+2+3*4";
102 char a2[LEN]={'\0'}; // 存放后缀表达式
103 Stack s;
104 int i,j;
105 int a,b;
106 int res = 0;
107 int stack[LEN] ={0};
108
109 i = j = a = b = 0;
110 StackInit(&s);
111
112 while(*(a1+i) != '\0') //遍历中缀表达式
113 {
114 printf("%c",*(a1+i));
115
116 if(*(a1+i) == '+' || *(a1+i) == '-')
117 {
118 if(s.size != 0)
119 {
120 while( s.size >= 0 && !StackPop(&s,&ch))
121 {
122 *(a2+j) = ch;
123 ch = '\0';
124 j++;
125 }
126 StackPush( &s,*(a1+i) );
127 }
128 else
129 StackPush(&s,*(a1+i));
130 }
131 else if( *(a1+i) == '*' || *(a1+i) == '/')
132 {
133 if(s.size != 0)
134 {
135 if(!StackPop(&s,&ch))
136 {
137 if(ch == '+' || ch == '-')
138 {
139 StackPush(&s,ch);
140 StackPush( &s,*(a1+i) );
141 }
142 else
143 {
144 StackPush(&s,ch);
145 while( !StackPop(&s,&ch) && (ch == '*' || ch == '/') )
146 {
147 *(a2+j) = ch;
148 ch = '\0';
149 j++;
150 }
151 StackPush( &s,*(a1+i) );
152 }
153 }
154 }
155 else
156 StackPush(&s,*(a1+i));
157 }
158 else //从中缀表达式中读取的字符是数字，保存到数组中
159 {
160 *(a2+j) = *(a1+i);
161 j++;
162 }
163
164 i++;
165 }
166
167 while( s.size >= 0 && !StackPop(&s,&ch)) //栈中还有运算符的话，需要全部取出，放到后缀表达式中
168 {
169 *(a2+j) = ch;
170 ch = '\0';
171 j++;
172 }
173 *(a2+j) = '\0';
174
175 i=j=0;
176 StackDestroy(&s);
177 StackInit(&s);
178
179 while(*(a2+i) != '\0') //遍历后缀表达式
180 {
181 if(*(a2+i) == '+')
182 {
183 j--;
184 a = stack[j];
185 j--;
186 b = stack[j];
187
188 stack[j]= a+b;
189 j++;
190 }
191 else if(*(a2+i) == '-')
192 {
193 j--;
194 a = stack[j];
195 j--;
196 b = stack[j];
197
198 stack[j]= b-a;
199 j++;
200 }
201 else if(*(a2+i) == '*')
202 {
203 j--;
204 a = stack[j];
205 j--;
206 b = stack[j];
207
208 stack[j]= a*b;
209 j++;
210 }
211 else if(*(a2+i) == '/')
212 {
213 j--;
214 a = stack[j];
215 j--;
216 b = stack[j];
217
218 stack[j]= b/a;
219 j++;
220 }
221 else
222 {
223 str[0] =*(a2+i);
224 str[1] ='\0';
225 stack[j]= atoi(str);
226 j++;
227 }
228
229 i++;
230 }
231 res =stack[0];
232
233 printf(" = %d ",res);
234 printf("\n");
235 return SUCCESS;
236 }从代码中可以看到，我们用了两次栈，一次是在中缀表达式转换成后缀表达式的过程中，栈用来存放运算 符。另外一次是在后缀表达式求值的过程中，栈用来存放参与运算的数字。
各位看官，关于表达式求值的例子咱们就说到这里。欲知后面还有什么例子，且听下回分解。
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