c2java 第5篇 棧和中綴表示式的直接計算
中綴表示式一般是先轉換為字尾表示式,然後再計算的,其實我們可以邊轉換邊計算。
/*Infix.java
使用兩個棧直接求解中綴表示式,一個棧儲存運算子S,一個棧儲存運算元D。
例子:
a+b*c
D:a,b S:+
D:a,b,c S:+,*
D:a,bc S:+ <-- 每次取一個運算子,彈兩個運算元
D:a+bc S:
a*b/c+d
D: a,b S:*
D: a*b S:/ <-- 清空優先順序大於等於除號的運算子
D:a*b/c S:+
D:a*b/c+d S:
a^b^c
D:a,b S:^
D:a,b,c S:^,^ <-- 清空棧優先順序大於等於冪號掃描優先順序的運算子
D:a,b^c S:^
D:a^b^c S:
a*(b+c)
D:a S:*(
D:a,b S:*(+
D:a,b,c S:*(+)
D:a,b+c S:* <-- 清空操作符直到(
D:a*(b+c) S:
這幾種情形,通過賦予運算子適當的優先順序,可統一為:
清空棧優先順序大於等於掃描優先順序的運算子 (R0)
這裡只是為了說明棧的應用,因此簡單假設運算元是一位數字,並且沒有空格,
如果擴充套件成BigDecimal應該不困難。
中綴表示式的計算規則,從左到右掃描一遍,在掃描過程中:
R1 如果遇到數字,則壓入運算元棧D;
R2 如果遇到操作符,則根據R0彈出S中的操作符;
R3 每彈出一個操作符,就彈出D中兩個運算元,並把結果壓入D。
掃描結束時,可能S不為空,按規則R3。最終D中僅有的一個是結果,S 應該為空。
author: ludi 2014.04
*/
import java.util.Stack;
public class Infix
{
public static int eval(int a, int b, char op)
{
int ret = 0;
switch(op){
case '+': ret = a + b; break;
case '-': ret = a - b; break;
case '*': ret = a * b; break;
case '/': ret = a / b; break;
case '%': ret = a % b; break;
case '^': {
ret = 1;
while(b-- > 0){
ret *= a;
}
}break;
default: System.out.println("error op " + op); break;
}
return ret;
}
public static int evaluate(String infix)
{
Stack<Integer> d = new Stack<Integer>();
Stack<Symbol> s = new Stack<Symbol>();
int i, a, b;
char ch;
Symbol op, op2;
for(i = 0; i < infix.length(); ++i){
ch = infix.charAt(i);
if (Character.isDigit(ch)){
d.push(ch - '0');
}else {
op = new Symbol(ch);
while(!s.empty() && (s.peek().compareTo(op) >= 0)){
op2 = s.pop();
b = d.pop();
a = d.pop();
d.push(eval(a, b,op2.op));
}
if(ch == ')'){
s.pop(); /*彈出'('*/
}else s.push(op);
}
}
while(!s.empty()){
op2 = s.pop();
b = d.pop();
a = d.pop();
d.push(eval(a, b, op2.op));
}
System.out.printf("%s = %d d.size %d s.size %d%n", infix, d.peek(), d.size(), s.size());
return d.pop();
}
public static void main(String[] arg)
{
evaluate("1+2*3");
evaluate("2*(3+4)");
evaluate("2*3/2+1");
evaluate("2^3^2");
evaluate("(2^3)^2");
evaluate("(2^3)^2+2^3^2+2*3/2+1+2*(3+4)");
evaluate("2^(2*(3+4))");
}
}
class Symbol implements Comparable<Symbol>
{
char op;
int inputPrec; /*正在被掃描的操作符的優先順序*/
int stackPrec; /*棧優先順序:值越小停留在棧中時間越長*/
public Symbol (char ch){
op = ch;
switch(op){
case '+':
case '-':inputPrec = stackPrec = 1;
break;
case '*':
case '%':
case '/': inputPrec = 2;
stackPrec = 2;
break;
case '^':
inputPrec = 4;
stackPrec = 3; /*右結合的操作符掃描大於棧優先順序*/
break;
case '(':
inputPrec = 5;
stackPrec = -1; /*最高的掃描優先順序,最低的棧優先順序*/
break;
case ')':
inputPrec = 0;
stackPrec = 0;
break;
}
}
public int compareTo(Symbol item)
{
int result;
if (stackPrec < item.inputPrec)
result = -1;
else if (stackPrec == item.inputPrec)
result = 0;
else
result = 1;
return result;
}
public char getOp()
{ return op; }
}
/*
[email protected] ~/java
$ javac -encoding UTF-8 Infix.java && java Infix
1+2*3 = 7 d.size 1 s.size 0
2*(3+4) = 14 d.size 1 s.size 0
2*3/2+1 = 4 d.size 1 s.size 0
2^3^2 = 512 d.size 1 s.size 0
(2^3)^2 = 64 d.size 1 s.size 0
(2^3)^2+2^3^2+2*3/2+1+2*(3+4) = 594 d.size 1 s.size 0
2^(2*(3+4)) = 16384 d.size 1 s.size 0
[email protected] ~/java
*/
這裡面為了簡明起見,沒有做錯誤處理。
很好奇編譯器是怎麼計算常量表達式的,不知道是不是這樣子呢。
附:
一些與棧有關的有意思的話題:
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