【C语言小型项目实践】：初学者到中级水平的计算器项目

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>
#include <math.h>

#define MAX_EXPR_SIZE 100

// 定义栈结构
typedef struct {
    double data[MAX_EXPR_SIZE];
    int top;
} Stack;

// 初始化栈
void initStack(Stack *stack) {
    stack->top = -1;
}

// 判断栈是否为空
int isEmpty(Stack *stack) {
    return stack->top == -1;
}

// 入栈
void push(Stack *stack, double value) {
    if (stack->top < MAX_EXPR_SIZE - 1) {
        stack->data[++stack->top] = value;
    } else {
        printf("Stack overflow\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

// 出栈
double pop(Stack *stack) {
    if (!isEmpty(stack)) {
        return stack->data[stack->top--];
    } else {
        printf("Stack underflow\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

// 获取栈顶元素
double peek(Stack *stack) {
    if (!isEmpty(stack)) {
        return stack->data[stack->top];
    } else {
        printf("Stack is empty\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

// 运算符优先级
int precedence(char op) {
    switch (op) {
        case '+':
        case '-':
            return 1;
        case '*':
        case '/':
            return 2;
        case '(':
        case ')':
            return 0;
    }
    return -1;
}

// 执行运算
double applyOp(double a, double b, char op) {
    switch (op) {
        case '+': return a + b;
        case '-': return a - b;
        case '*': return a * b;
        case '/':
            if (b == 0) {
                printf("Error: Division by zero\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
            return a / b;
    }
    return 0;
}

// 解析并计算表达式
double evaluate(char *expr) {
    Stack values;
    Stack ops;
    initStack(&values);
    initStack(&ops);

    for (int i = 0; expr[i] != '\0'; i++) {
        // 跳过空格
        if (isspace(expr[i])) {
            continue;
        }

        // 当前字符是数字或小数点
        if (isdigit(expr[i]) || expr[i] == '.') {
            double val = 0;
            // 处理多位数和小数
            while (isdigit(expr[i]) || expr[i] == '.') {
                val = val * 10 + (expr[i] - '0');
                if (expr[i] == '.') {
                    val /= 10;
                    while (isdigit(expr[++i])) {
                        val = val * 10 + (expr[i] - '0') / pow(10, (i - (strrchr(expr, '.') - expr + 1)));
                    }
                    i--; // 回到当前处理的字符位置
                }
                i++;
            }
            i--; // 回到当前处理的字符位置的前一个位置（为了for循环的i++）
            push(&values, val);
        }
        // 当前字符是左括号
        else if (expr[i] == '(') {
            push(&ops, expr[i]);
        }
        // 当前字符是右括号
        else if (expr[i] == ')') {
            while (!isEmpty(&ops) && peek(&ops) != '(') {
                double val2 = pop(&values);
                double val1 = pop(&values);
                char op = pop(&ops);
                push(&values, applyOp(val1, val2, op));
            }
            // 弹出左括号
            if (!isEmpty(&ops)) {
                pop(&ops);
            } else {
                printf("Error: Mismatched parentheses\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        }
        // 当前字符是运算符
        else if (expr[i] == '+' || expr[i] == '-' || expr[i] == '*' || expr[i] == '/') {
            while (!isEmpty(&ops) && precedence(peek(&ops)) >= precedence(expr[i])) {
                double val2 = pop(&values);
                double val1 = pop(&values);
                char op = pop(&ops);
                push(&values, applyOp(val1, val2, op));
            }
            push(&ops, expr[i]);
        } else {
            printf("Error: Invalid character '%c' in expression\n", expr[i]);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    // 弹出所有剩余的操作符
    while (!isEmpty(&ops)) {
        double val2 = pop(&values);
        double val1 = pop(&values);
        char op = pop(&ops);
        push(&values, applyOp(val1, val2, op));
    }

    // 返回栈中唯一的值
    return pop(&values);
}

int main() {
    char expr[MAX_EXPR_SIZE];

    printf("Simple Calculator\n");
    printf("Enter expressions (type 'exit' to quit):\n");

    while (1) {
        printf("> ");
        fgets(expr, MAX_EXPR_SIZE, stdin);

        // 移除换行符
        expr[strcspn(expr, "\n")] = 0;

        // 检查是否输入 'exit'
        if (strcmp(expr, "exit") == 0) {
            break;
        }

        // 计算表达式
        double result = evaluate(expr);

        // 输出结果
        printf("Result: %.2f\n", result);
    }

    return 0;
}

2.1. 代码说明

栈结构：用于存储操作数和运算符。
函数：
- initStack：初始化栈。
- isEmpty：检查栈是否为空。
- push：入栈操作。
- pop：出栈操作。
- peek：获取栈顶元素。
- precedence：返回运算符的优先级。
- applyOp：根据运算符执行相应的运算。
- evaluate：解析并计算表达式。
主函数：
- 提供一个简单的命令行界面。
- 读取用户输入的表达式。
- 调用 evaluate 函数计算结果。
- 输出结果。
- 支持输入 exit 退出程序。