自制簡單計算器

導言

好多次想學習C++，但都是望而卻步。這次因為專業方向原因（數字圖像處理），不得不走上學習C++的道路上。網上找了些C++的推薦書籍，入門的大多都是《C++程序設計語言》、《C++ primer》，《C++ primer plus》。這3本書都找來看，但是都沒有看完，都是看到類型部分就放棄了。網上推薦的看不了，就自個在圖書館尋尋覓覓，偶然找到了《C++ In Action 》，大致翻看了下，沒有用幾章介紹類型，就它了。新學期第一周，把第一部分語言的基礎看完了，這里就着書中計算器的例子做個總結。

 

簡單計算器

計算器基於堆棧，接受用戶數字和運算符號的輸入。輸入數字則保存在棧中，如果是運算符號則彈出棧中數字進行運算。計算器實現的是后綴表達式（posfix notation）的運算，不需要小括號輸入。

計算器的頂級對象當然是計算器本身，保存輸入的數字並進行運算。輸入的數字需要保存在棧中，並且每次運算完成后需要遍歷棧中元素，所以需要一個棧及棧的訪問器。另外用於的輸入獨立於計算器，這就需要一個輸入對象獲取用戶的輸入。

棧及其訪問器

棧的實現是基於數組的。其定義如下：

const int maxStack = 16 ;

class LStack
{
    //訪問器作為友元，可以訪問類的私有成員
    friend class LStackSeq ;
public:
    LStack()
        :top(0) {}

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

利用數組arr保存棧中元素，成員top作為指向棧頂的指針。其實現代碼還是很簡單的，這里就不貼出具體代碼了。

訪問器逐個返回棧中的元素，需要訪問棧的私有成員，作為棧的友元出現。其定義：

class LStackSeq
{
public:
    LStackSeq(LStack const & stack) ;
    bool AtEnd() const ; //是否完成
    void Advance() ; //移動到下一項
    int GetNum() const ;//當前項
private:
    int iCur ;
    LStack const & stack ;
};

iCur指向當前訪問的元素，Advance用來移動iCur實現元素遍歷，AtEnd判斷是否遍歷完了，GetNum取得當前元素的值。

實現了訪問器后，對棧中元素的遍歷就很方便了。

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

輸入對象

從標准輸入cin讀取字符到緩沖器，並且根據輸入的第一個字符來判斷輸入的類別。輸入token可以分為三類：數字、運算符、非法字符。其定義如下：

   1:  const int maxBuf = 16;

   2:   

   3:  //3種token類型:數字、運算符、非法字符

   4:  const int number = 1 ;

   5:  const int error = 2 ;

   6:   

   7:  class Input

   8:  {

   9:  public:

  10:      Input();

  11:      //返回運算符

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

  13:      //將字符轉換為數字

  14:      int toNumber() const ;

  15:  private:

  16:      int token ;

  17:      char buffer[maxBuf] ;

  18:  };

構造函數Input根據用戶輸入判斷輸入字符的類別設置token的值。如果輸入是運算符，則token直接等於輸入字符，並可以通過Token()訪問；輸入是數字，則設置token值number，可以調用toNumber將該類輸入轉換為數字；還允許輸入負數，當輸入第一個字符是‘-’時，判斷輸入的第二個字符是否是數字。具體實現：

   1:  Input::Input()

   2:  {

   3:      std::cin >> buffer ;

   4:   

   5:      int c = buffer[0] ;

   6:      //根據輸入的第一個字符，來判斷token類型

   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:  }

計算器

從Input獲取用戶輸入，實現計算功能。如果得到的輸入類型是數字，則將其壓入到棧中；輸入是運算符，則彈出棧中元素進行運算。定義：

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從Input獲取用戶輸入，並決定是將輸入壓入到棧中，還是彈出棧中元素並調用calcu方法完成計算。

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 ;
}

測試代碼就不貼出了，其執行結果：

改進

計算器接受的輸入是后綴表達式，是很不方便的，可在Input中添加一個轉換，將輸入的中綴表達式轉換為后綴表達式后再進行計算。