自制简单计算器

导言

好多次想学习C++，但都是望而却步。这次因为专业方向原因（数字图像处理），不得不走上学习C++的道路上。网上找了些C++的推荐书籍，入门的大多都是《C++程序设计语言》、《C++ primer》，《C++ primer plus》。这3本书都找来看，但是都没有看完，都是看到类型部分就放弃了。网上推荐的看不了，就自个在图书馆寻寻觅觅，偶然找到了《C++ In Action 》，大致翻看了下，没有用几章介绍类型，就它了。新学期第一周，把第一部分语言的基础看完了，这里就着书中计算器的例子做个总结。

 

简单计算器

计算器基于堆栈，接受用户数字和运算符号的输入。输入数字则保存在栈中，如果是运算符号则弹出栈中数字进行运算。计算器实现的是后缀表达式（posfix notation）的运算，不需要小括号输入。

计算器的顶级对象当然是计算器本身，保存输入的数字并进行运算。输入的数字需要保存在栈中，并且每次运算完成后需要遍历栈中元素，所以需要一个栈及栈的访问器。另外用于的输入独立于计算器，这就需要一个输入对象获取用户的输入。

栈及其访问器

栈的实现是基于数组的。其定义如下：

const int maxStack = 16 ;

class LStack
{
    //访问器作为友元，可以访问类的私有成员
    friend class LStackSeq ;
public:
    LStack()
        :top(0) {}

    int Pop();
    void Push(int i);
    bool IsFull() ;
    bool IeEmpty() ;
private:
    int top ;
    int arr[maxStack] ;
};

利用数组arr保存栈中元素，成员top作为指向栈顶的指针。其实现代码还是很简单的，这里就不贴出具体代码了。

访问器逐个返回栈中的元素，需要访问栈的私有成员，作为栈的友元出现。其定义：

class LStackSeq
{
public:
    LStackSeq(LStack const & stack) ;
    bool AtEnd() const ; //是否完成
    void Advance() ; //移动到下一项
    int GetNum() const ;//当前项
private:
    int iCur ;
    LStack const & stack ;
};

iCur指向当前访问的元素，Advance用来移动iCur实现元素遍历，AtEnd判断是否遍历完了，GetNum取得当前元素的值。

实现了访问器后，对栈中元素的遍历就很方便了。

    for(LStackSeq seq(stack) ; !seq.AtEnd() ; seq.Advance())
        std::cout << seq.GetNum() << std::endl ;

输入对象

从标准输入cin读取字符到缓冲器，并且根据输入的第一个字符来判断输入的类别。输入token可以分为三类：数字、运算符、非法字符。其定义如下：

   1:  const int maxBuf = 16;

   2:   

   3:  //3种token类型:数字、运算符、非法字符

   4:  const int number = 1 ;

   5:  const int error = 2 ;

   6:   

   7:  class Input

   8:  {

   9:  public:

  10:      Input();

  11:      //返回运算符

  12:      int Token() const {return token ;}

  13:      //将字符转换为数字

  14:      int toNumber() const ;

  15:  private:

  16:      int token ;

  17:      char buffer[maxBuf] ;

  18:  };

构造函数Input根据用户输入判断输入字符的类别设置token的值。如果输入是运算符，则token直接等于输入字符，并可以通过Token()访问；输入是数字，则设置token值number，可以调用toNumber将该类输入转换为数字；还允许输入负数，当输入第一个字符是‘-’时，判断输入的第二个字符是否是数字。具体实现：

   1:  Input::Input()

   2:  {

   3:      std::cin >> buffer ;

   4:   

   5:      int c = buffer[0] ;

   6:      //根据输入的第一个字符，来判断token类型

   7:      if(std::isdigit(c))

   8:          token = number ;

   9:      else if (c == '+' || c == '*' || c == '/')

  10:          token = c ;

  11:      else if ( c == '-')

  12:      {

  13:          if(std::isdigit(buffer[1]))

  14:              token = number ;

  15:          else 

  16:              token = c ;

  17:      }

  18:      else 

  19:          token = error ;

  20:  }

  21:   

  22:  int Input::toNumber() const 

  23:  {

  24:      assert(token == number) ;

  25:      return std::atoi(buffer) ;

  26:  }

计算器

从Input获取用户输入，实现计算功能。如果得到的输入类型是数字，则将其压入到栈中；输入是运算符，则弹出栈中元素进行运算。定义：

class Calculator
{
public:
    bool Execute(Input const & input ) ;
    LStack const & GetStack() {return stack ;}
private:
    LStack stack ;
    int calcu(int n1,int n2,int token) const ;
};

Execute从Input获取用户输入，并决定是将输入压入到栈中，还是弹出栈中元素并调用calcu方法完成计算。

bool Calculator::Execute(Input const & input)
{
        int token = input.Token();
    bool status = false ;

    if(token == error)
    {
        std::cout << "Unknown token \n " ;
    }
    else if (token == number)
    {
        if(stack.IsFull())
        {
            std::cout << "Stack is full \n" ;
        }
        stack.Push(input.toNumber());
        status = true ;
    }
    else
    {
        assert(token == '+' || token == '-' || token == '/' || token == '*') ;
        if(stack.IeEmpty())
        {
            std::cout << "Stack is empty\n" ;
        }
        else
        {
            int num2 = stack.Pop();
            int num1 ;
            if(stack.IeEmpty())
                num1 = num2 ;
            else
                num1 = stack.Pop() ;

            stack.Push(calcu(num1,num2,token));
            status = true ;
        }
    }

    return status ;
}

int Calculator::calcu(int n1,int n2,int token) const
{
    int result ;
    if(token == '+')
        result = n1 + n2 ;
    else if(token == '-')
        result = n1 - n2 ;
    else if( token = '*')
        result = n1 * n2 ;
    else if(token == '/')
    {
        if(n2 == 0)
        {
            std::cout << "Division by zero \n" ;
            return 0 ;
        }
        else
        {
            result = n1 / n2 ;
        }
    }

    return result ;
}

测试代码就不贴出了，其执行结果：

改进

计算器接受的输入是后缀表达式，是很不方便的，可在Input中添加一个转换，将输入的中缀表达式转换为后缀表达式后再进行计算。