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表达式计算

Tags: /超级猛料/Alogrith.算法和数据结构/常用算法/   Date Created:

数据结构(PASCAL语言实现)书上讲述了一个把所有符号和数字推堆栈的方法实现的表达式解析,给你一段网上找到的例子:

一款设计精巧的表达式解析器

---- 开发MIS系统时,报表设计中经常会碰到表达式解释器,完成用户自定义的公式运算。这种程序的设计需要有比较高的技巧,以下介绍一款用DELPHI4.0开发的程序[程序重在算法,语言特性很少,用其它语言的人也能读懂],只要按自已的要求稍加修改,即可做成组件或全局方法发部。它支持 "加[+]、减[-]、乘[*]、除[/]、商[$:两整数相除,结果的整数部分]、模[%]、括号[()]"四则混合运算,支持"与[&]、或[|]、异或[^]、左移[< ]、右移[ >]和非[!]"逻辑运算功能,同时它们可以出现在同一个表达式中,它们的优先级依次为括号、非、与或异或左右移、乘除商模、加减。如式:12.45+3*16 >2*(3+6*(3+2)-1)=12.45+3*4*32,计算结果为:396.45。程序包括两大部分功能:表达式拆解、因子计算,分别由两个类TBdsProc和TPUSHPOP完成。具体如下:

CDIKind=record

 case id: Boolean of

  True: (dval: Double);

  False: (ival: Integer);

end;

CDKind:区别表达式中的整数和浮点数类型,

因为有些运算符不支持浮点数(如逻辑运算)。

ValKind = CDIKind;

TBdsProc = class

private

 Fghpd : Integer;//识别并标记左右括号是否成对出现

 function IsCalcFh(c: Char): boolean;

 //判别一个字符是否运算符

 function CopyRight(abds: String;start: Integer):

 String;//截取字符串表达式

 function BdsSs(var abds: String): ValKind;

 //返回一个子表达式的值

 function BdsYz(var abds: String): ValKind;

 //表达式因子,如:15、(13+5)

 function BdsItm(var abds: String): ValKind;

 //读取表达式中的一个因子

public

 function CalcValue(const bds: String): ValKind;

 //返回计算结果

end;

TPUSHPOP = class

private

 ffh: array [0..2] of Char;//符号数组

 value: array [0..3] of CDIKind;//值数组

 flevel: Byte;//因子个数

 fisfh: Boolean;//识别等待输入值或运算符

 fisnot: Boolean;//识别待计算数据项是否执行非运算

 function Calcsj(av1,av2: CDIKind;fh: Char): CDIKind;

 //执行两个数值的四则运算

 function Calclg(av1,av2: CDIKind; fh: Char): CDIKind;

 //执行两个数的逻辑运算

 procedure Calccur;{当输入数据项满足四个数后

[依运算优先级层数求得,见下述算式解析原理]执行中间运算}

 function IsLgFh(fh: Char): Boolean;

 //一个符号是否逻辑运算符

 function IsCcFH(fh: Char): Boolean;

 // 一个符号乘除商模运算符

public

 constructor Create;

 procedure PushValue(avalue: CDIKind);//存入一个数据项

 procedure PushFh(afh: Char);//存入一个符号

 function CalcValue: CDIKind;//计算并返回值

end;

---- 表达式解析基本原理:

---- 1.表达式处理:

---- 表达式的一个个数据项组成,中间由运算符连接,每个数据项为一个分析基本分析单元。表达式中如果包含有改变运算优先级别的括号运算,先计出括号中式子的值,再把该值当一个数据项处理,这一点在程序设计中只要运用递归功就能实现。

---- 2.数据项计算处理

---- a >非运算:

---- 它为单目运算符,级别最高,在存入符号时做标记,存入数据时即时计算并去除标记。

---- b >表达式运算:

---- 设f1、f2、f3分别表示一二三级运算符,V1、V2、V3、V4分别表示顺序四个数,则极端表达式模型为R=V1 f1 V2 f2 V3 f3 V4 …,计算时顺序应为 R=…V4 f3 V3 f2 V2 f1 V1。为了简化运算,把其中运算级别最高的逻辑运算在存入数据时先计算完成, 初始化时设V1=0,第一个运算符设为'+'。则公式化为: R=…V4 f2(f1) V3 f2(f1) V2 f1 V1。这样,当V2与V3间的运算符级别为f2时,V4与V3间的运算符级别< =f2,则:V2 =(V2与V3计算值),V3后的值和运算符前移;若V2与V3间的运算级别为f1,可先算V1与V2,V2以后的值和运算符前移。则计算后的表达式为:R=V3 f2(f2) V2 f1 V1刚好满足循环取数条件。

---- 3.实现:

---- 程序比较长(TBdsProc和TPUSHPOP的源代码合计长度为400多行),完整代码见附件,以下对一些重要实现方法做介绍:

---- < 1 >表达式拆解:由方法BdsSs和BdsYz完成表达式拆解和因子处理

function TBdsProc.BdsSs(var abds: String): ValKind;

var

c: Char;

lpp: TPushPop;

begin

lpp := TPushPop.Create;//建立数据计算对象

while abds<  >'' do

begin

 c := abds[1];

 if IsCalcFh(c) then//是否运算符

 begin

  lpp.PushFh(c);//保存运算符

  abds := CopyRight(abds,2);

 end

 else

 begin

  if c=')' then

  begin

   Dec(Fghpd);//括号匹配

   abds := CopyRight(abds,2);

   if Fghpd <  0 then

    Raise Exception.Create('括号不配对');

   Result := lpp.CalcValue;

   //返回括号中的子项值,进行下一步计算

   lpp.Free;

   Exit;

  end

  else

  begin

   if c='(' then

    Inc(Fghpd);//做括号层数标识

   lpp.PushValue(BdsYz(abds));//取下一项的值。

  end;

 end;

end;

if Fghpd<  >0 then

 Raise Exception.Create('括号不配对');

Result := lpp.CalcValue;//返回最终运算值

lpp.Free;

end;

function TBdsProc.BdsYZ(var abds: String): ValKind;

begin

if abds<  >'' then

begin

 if abds[1]='(' then

 begin

  abds := CopyRight(abds,2);

  Result := BdsSs(abds);//递归调用,求括号中的值

 end

 else

  Result := BdsItm(abds);{读一个数据项,

如果包括函数定义,可以在该方法中定义接口或连接}

end;

end;

若表达式要支持函数功能,只要定义系统支持的函数,

在取行表达式因子BdsItm中加入连接函数定义即可,如下:

…..

else if (c< ='Z') and (c >='A') then

begin

 bhs := 取出函数名及参数

 Result := … //调用函数处理 (函数定义)

 abds := 下一项

end

….

< 2 > 数据计算:主要包PushValue,PushFh,

Calccur分别完成存入数、符号、中间计算

procedure TPUSHPOP.PushValue(avalue: CDIKind);

begin

if fisfh=True then

 Raise Exception.Create('缺少运算符');

if fisnot then//进行非运算

begin

 if avalue.id then

  Raise Exception.Create('浮点数不能做非运算');

 avalue.ival := not avalue.ival;

 fisnot := False;

end;

if IsLgFh(ffh[flevel]) then//运行逻辑运算

begin

 value[flevel] := Calclg(value[flevel],

avalue,ffh[flevel]);

//与当前值做逻辑运算

end

else

begin

 Inc(flevel);//存数位置指针加1

 value[flevel] := avalue;//存入值

 if flevel >2 then//数据个数达到4,进行中间运算

  Calccur;

end;

fisfh := True;//输入符号可见

end;

procedure TPUSHPOP.PushFh(afh: Char);

begin

if (fisfh=false) then//非运算是一级

begin

 if (afh='!') and (not fisnot) then//标识非运算

 begin

  fisnot := True;

  Exit;

 end

 else

  Raise Exception.Create('运算符重复');

End

Else

begin

 ffh[flevel] := afh;//存入运算符

 fisfh := False; 输入值可见

end;

end;

procedure TPUSHPOP.Calccur;

begin

if IsCcFh(ffh[1]) then//二级运算符

begin

 value[1] := Calcsj(value[1],value[2],ffh[1]);

 //计算2和3项的值

 ffh[1] := ffh[2];//后序运符和值前移

 value[2] := value[3];

end

else//一级运算符

begin

 value[0] := Calcsj(value[0],value[1],ffh[0]);

 //计算1和2项的值

 value[1] := value[2];{ 后序运符和值前移,

2和3项的值不计算是为了保持第一个运算符为一级运算符}

 value[2] := value[3];

 ffh[0] := ffh[1];

 ffh[1] := ffh[2];

end;

Dec(flevel);//存数位置指针减1

end;