表达式求值(二叉树方法/C++语言描述)(四)
代码清单
// binarytree.h
#ifndef BINARYTREE_H
#define BINARYTREE_H template <typename T> class BinaryTree; template <typename T>
class BinaryTreeNode
{
public:
friend class BinaryTree<T>;
friend class Calculator;
T _data; private:
BinaryTreeNode<T> * _leftChild;
BinaryTreeNode<T> * _rightChild;
}; template <typename T>
class BinaryTree
{
public:
BinaryTree()
{
_root = nullptr;
} ~BinaryTree()
{
destory();
} void preOrder()
{
preOrder(_root);
} void inOrder()
{
inOrder(_root);
} void postOrder()
{
postOrder(_root);
} protected:
BinaryTreeNode<T> * _root; void destory()
{
if (_root)
{
destory(_root);
delete _root;
}
} void destory(BinaryTreeNode<T> * node)
{
if (node)
{
destory(node->_leftChild);
destory(node->_rightChild);
// visit binary tree data
if (node->_leftChild)
{
delete node->_leftChild;
}
if (node->_rightChild)
{
delete node->_rightChild;
}
}
} virtual void preOrder(BinaryTreeNode<T> * node)
{
if (node)
{
// visit binary tree data
preOrder(node->_leftChild);
preOrder(node->_rightChild);
}
} virtual void inOrder(BinaryTreeNode<T> * node)
{
if (node)
{
inOrder(node->_leftChild);
// visit binary tree data
inOrder(node->_rightChild);
}
} virtual void postOrder(BinaryTreeNode<T> * node)
{
if (node)
{
postOrder(node->_leftChild);
postOrder(node->_rightChild);
// visit binary tree data
}
}
}; #endif // BINARYTREE_H // calculator.h
#ifndef CALCULATOR_H
#define CALCULATOR_H #include <cassert>
#include <string>
#include <stack>
#include <iostream>
#include "binarytree.h" using namespace std; typedef enum
{
BEGIN,
NUMBER,
OPERATOR,
LEFT_BRAC,
RIGHT_BRAC
} TokenType; class Token
{
public:
TokenType _type;
union
{
char op;
double num;
} _data;
}; class Calculator : public BinaryTree<Token>
{
public:
void parseExpression(string expression) throw(string);
double calculate(); private:
stack<char> _stkOperators;
stack<BinaryTreeNode<Token> *> _stkNodes;
stack<double> _stkNumbers; static int priority(char op);
static double calculate(double d1, char op, double d2) throw(string); void postOrder(BinaryTreeNode<Token> * node);
void calculateStack() throw(string);
void dealWithNumber(char *&pToken) throw(string);
void dealWithOperator(char *&pToken) throw(string);
void dealWithLeftBrac(char *&pToken) throw(string);
void dealWithRightBrac(char *&pToken) throw(string);
}; #endif // CALCULATOR_H // calculator.cpp
#include "calculator.h" int Calculator::priority(char op)
{
assert(op == '+' || op == '-' || op == '*' || op == '/' || op == '('); if (op == '+' || op == '-')
{
return ;
}
else if (op == '*' || op == '/')
{
return ;
}
else
{
return ;
}
} double Calculator::calculate(double d1, char op, double d2) throw(string)
{
assert(op == '+' || op == '-' || op == '*' || op =='/'); cout << d1 << op << d2 << endl; if (op == '+')
{
return d1 + d2;
}
else if (op == '-')
{
return d1 - d2;
}
else if (op == '*')
{
return d1 * d2;
}
else
{
if (!d2)
{
throw string("divided by 0");
}
return d1 / d2;
}
} void Calculator::calculateStack() throw(string)
{
BinaryTreeNode<Token> * node = new BinaryTreeNode<Token>();
assert(node);
node->_data._type = OPERATOR;
node->_data._data.op = _stkOperators.top();
_stkOperators.pop();
assert(!_stkNodes.empty());
node->_rightChild = _stkNodes.top();
_stkNodes.pop();
assert(!_stkNodes.empty());
node->_leftChild = _stkNodes.top();
_stkNodes.pop();
_stkNodes.push(node);
} void Calculator::parseExpression(string expression) throw(string)
{
destory();
while (!_stkNodes.empty())
{
_stkNodes.pop();
}
while (!_stkOperators.empty())
{
_stkOperators.pop();
}
TokenType lastToken = BEGIN; char * pToken = &expression[];
while (*pToken)
{
switch (lastToken)
{
case BEGIN:
if (*pToken == '(')
{
// an expression begin with a left bracket
dealWithLeftBrac(pToken);;
lastToken = LEFT_BRAC;
}
else
{
// or a number
dealWithNumber(pToken);
lastToken = NUMBER;
}
break;
case NUMBER:
// after a number
if (*pToken == ')')
{
// it may be a right bracket
dealWithRightBrac(pToken);
lastToken = RIGHT_BRAC;
}
else
{
// it may be an operator
dealWithOperator(pToken);
lastToken = OPERATOR;
}
break;
case OPERATOR:
case LEFT_BRAC:
// after an operator or a left bracket
if (*pToken == '(')
{
// it may be a left bracket
dealWithLeftBrac(pToken);
lastToken = LEFT_BRAC;
}
else
{
// it may be a number
dealWithNumber(pToken);
lastToken = NUMBER;
}
break;
case RIGHT_BRAC:
// after a right bracket
if (*pToken == ')')
{
// it may be another right bracket
dealWithRightBrac(pToken);
lastToken = RIGHT_BRAC;
}
else
{
// it may be an perator
dealWithOperator(pToken);
lastToken = OPERATOR;
}
break;
}
} while (!_stkOperators.empty())
{
if (_stkOperators.top() == '(')
{
throw string("bad token '('");
}
calculateStack();
} assert(!_stkNodes.empty());
_root = _stkNodes.top();
} void Calculator::postOrder(BinaryTreeNode<Token> *node)
{
if (node)
{
postOrder(node->_leftChild);
postOrder(node->_rightChild);
// visit binary tree data
if (node->_data._type == NUMBER)
{
_stkNumbers.push(node->_data._data.num);
}
else
{
assert(!_stkNumbers.empty());
double d2 = _stkNumbers.top();
_stkNumbers.pop();
assert(!_stkNumbers.empty());
double d1 = _stkNumbers.top();
_stkNumbers.pop();
char op = node->_data._data.op;
_stkNumbers.push(calculate(d1, op, d2));
}
}
} double Calculator::calculate()
{
while (!_stkNumbers.empty())
{
_stkNumbers.pop();
} BinaryTree::postOrder(); assert(!_stkNumbers.empty());
return _stkNumbers.top();
} void Calculator::dealWithNumber(char *&pToken) throw(string)
{
if (!isdigit(*pToken) && *pToken != '-')
{
throw string("bad token '") + *pToken + "'";
} BinaryTreeNode<Token> * node = new BinaryTreeNode<Token>();
assert(node);
node->_data._type = NUMBER;
node->_data._data.num = strtod(pToken, &pToken);
node->_leftChild = node->_rightChild = nullptr;
_stkNodes.push(node);
} void Calculator::dealWithOperator(char *&pToken) throw(string)
{
if (*pToken != '+' && *pToken != '-' && *pToken != '*' && *pToken != '/')
{
throw string("bad token '") + *pToken + "'";
} if (!_stkOperators.empty()
&& priority(_stkOperators.top()) >= priority(*pToken))
{
calculateStack();
}
_stkOperators.push(*pToken++);
} void Calculator::dealWithLeftBrac(char *&pToken) throw(string)
{
if (*pToken != '(')
{
throw string("bad token '") + *pToken + "'";
} _stkOperators.push(*pToken++);
} void Calculator::dealWithRightBrac(char *&pToken) throw(string)
{
if (*pToken != ')')
{
throw string("bad token '") + *pToken + "'";
} while (!_stkOperators.empty() && _stkOperators.top() != '(')
{
calculateStack();
if (_stkOperators.empty())
{
throw string("bad token ')'");
}
}
_stkOperators.pop();
pToken++;
} // main.cpp
#include "calculator.h" int main(int argc, char *argv[])
{
Calculator calculator; if (argc > )
{
if (argc == )
{
calculator.parseExpression(string(argv[]));
cout << calculator.calculate() << endl;
}
else
{
cout << "too many arguments" << endl;
}
}
else
{
while ()
{
string expression;
cout << ">" << flush;
cin >> expression;
if (expression == "quit;")
{
cout << "Bye." << endl;
return ;
}
try
{
calculator.parseExpression(expression);
cout << calculator.calculate() << endl;
}
catch (string ex)
{
cout << ex << endl;
}
}
}
}
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