c 语言如何计算器

C语言如何实现计算器

使用C语言实现计算器需要掌握基本的语法、运算符优先级、错误处理、用户输入与输出。 对于初学者来说，重点在于理解如何使用C语言的基本功能来实现简单的计算功能，如加减乘除。本文将详细介绍如何使用C语言编写一个基本的计算器程序，并逐步扩展功能以处理更复杂的运算。

一、基本概念和准备工作

在编写计算器程序之前，我们需要了解一些基本的概念和准备工作。这包括C语言的基本语法、数据类型、控制结构以及如何处理用户输入和输出。

1. 数据类型与变量

在C语言中，数据类型决定了变量可以存储的数据类型。常用的数据类型包括整型（int）、浮点型（float、double）和字符型（char）。在计算器程序中，我们主要使用整型和浮点型来存储数值。

2. 运算符

C语言支持多种运算符，包括算术运算符（+、-、*、/）、关系运算符（==、!=、>、<、>=、<=）和逻辑运算符（&&、||、!）。在计算器中，我们主要使用算术运算符。

二、实现基本的加减乘除功能

1. 用户输入与输出

首先，我们需要实现从用户那里获取两个数值并选择运算符，然后进行计算并输出结果。可以使用scanf函数来读取用户输入，使用printf函数来输出结果。

#include <stdio.h>
int main() {
    char operator;
    double firstNumber, secondNumber;
    printf("Enter an operator (+, -, *, /): ");
    scanf("%c", &operator);
    printf("Enter two operands: ");
    scanf("%lf %lf", &firstNumber, &secondNumber);
    switch (operator) {
        case '+':
            printf("%.2lf + %.2lf = %.2lfn", firstNumber, secondNumber, firstNumber + secondNumber);
            break;
        case '-':
            printf("%.2lf - %.2lf = %.2lfn", firstNumber, secondNumber, firstNumber - secondNumber);
            break;
        case '*':
            printf("%.2lf * %.2lf = %.2lfn", firstNumber, secondNumber, firstNumber * secondNumber);
            break;
        case '/':
            if (secondNumber != 0.0)
                printf("%.2lf / %.2lf = %.2lfn", firstNumber, secondNumber, firstNumber / secondNumber);
            else
                printf("Error! Division by zero.n");
            break;
        default:
            printf("Error! operator is not correctn");
    }
    return 0;
}

2. 错误处理

在上述代码中，我们已经处理了除数为零的情况。如果用户输入的运算符不是加减乘除之一，则会输出错误信息。

三、扩展功能

在基本功能实现之后，我们可以进一步扩展计算器的功能，例如支持更多的运算符、处理连续运算、以及实现运算符优先级。

1. 支持更多运算符

我们可以增加对更多运算符的支持，例如取模（%）、幂运算（^）等。

#include <math.h>
// 在switch语句中增加以下case：
case '%':
    if ((int)secondNumber != 0)
        printf("%d %% %d = %dn", (int)firstNumber, (int)secondNumber, (int)firstNumber % (int)secondNumber);
    else
        printf("Error! Division by zero.n");
    break;
case '^':
    printf("%.2lf ^ %.2lf = %.2lfn", firstNumber, secondNumber, pow(firstNumber, secondNumber));
    break;

2. 处理连续运算

为了处理连续运算，我们可以使用循环结构，并在每次运算之后询问用户是否要继续。

#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
    char operator;
    double firstNumber, secondNumber, result;
    char choice;
    do {
        printf("Enter an operator (+, -, *, /, %, ^): ");
        scanf(" %c", &operator);
        printf("Enter two operands: ");
        scanf("%lf %lf", &firstNumber, &secondNumber);
        switch (operator) {
            case '+':
                result = firstNumber + secondNumber;
                break;
            case '-':
                result = firstNumber - secondNumber;
                break;
            case '*':
                result = firstNumber * secondNumber;
                break;
            case '/':
                if (secondNumber != 0.0)
                    result = firstNumber / secondNumber;
                else {
                    printf("Error! Division by zero.n");
                    continue;
                }
                break;
            case '%':
                if ((int)secondNumber != 0)
                    result = (int)firstNumber % (int)secondNumber;
                else {
                    printf("Error! Division by zero.n");
                    continue;
                }
                break;
            case '^':
                result = pow(firstNumber, secondNumber);
                break;
            default:
                printf("Error! operator is not correctn");
                continue;
        }
        printf("Result: %.2lfn", result);
        printf("Do you want to perform another operation? (y/n): ");
        scanf(" %c", &choice);
    } while (choice == 'y' || choice == 'Y');
    return 0;
}

四、实现运算符优先级

为了实现运算符优先级，我们需要使用栈数据结构来保存操作数和操作符，并按照优先级进行计算。这里我们假设用户输入的是一个完整的表达式，如 "3 + 5 * 2 / (4 – 2)".

1. 定义栈结构

我们首先定义两个栈，一个用于保存操作数，一个用于保存操作符。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <math.h>
#define MAX 100
typedef struct {
    double data[MAX];
    int top;
} Stack;
void initStack(Stack *s) {
    s->top = -1;
}
int isFull(Stack *s) {
    return s->top == MAX - 1;
}
int isEmpty(Stack *s) {
    return s->top == -1;
}
void push(Stack *s, double value) {
    if (!isFull(s))
        s->data[++s->top] = value;
}
double pop(Stack *s) {
    if (!isEmpty(s))
        return s->data[s->top--];
    return 0;
}
double peek(Stack *s) {
    if (!isEmpty(s))
        return s->data[s->top];
    return 0;
}

2. 运算符优先级函数

我们定义一个函数来确定运算符的优先级。

int precedence(char operator) {
    switch (operator) {
        case '+':
        case '-':
            return 1;
        case '*':
        case '/':
        case '%':
            return 2;
        case '^':
            return 3;
        default:
            return 0;
    }
}

3. 计算函数

我们定义一个函数来计算两个操作数的结果。

double applyOperator(double a, double b, char operator) {
    switch (operator) {
        case '+':
            return a + b;
        case '-':
            return a - b;
        case '*':
            return a * b;
        case '/':
            if (b != 0)
                return a / b;
            else {
                printf("Error! Division by zero.n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        case '%':
            if ((int)b != 0)
                return (int)a % (int)b;
            else {
                printf("Error! Division by zero.n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        case '^':
            return pow(a, b);
        default:
            return 0;
    }
}

4. 主程序

最后，我们实现主程序来解析表达式并进行计算。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <math.h>
#define MAX 100
typedef struct {
    double data[MAX];
    int top;
} Stack;
void initStack(Stack *s) {
    s->top = -1;
}
int isFull(Stack *s) {
    return s->top == MAX - 1;
}
int isEmpty(Stack *s) {
    return s->top == -1;
}
void push(Stack *s, double value) {
    if (!isFull(s))
        s->data[++s->top] = value;
}
double pop(Stack *s) {
    if (!isEmpty(s))
        return s->data[s->top--];
    return 0;
}
double peek(Stack *s) {
    if (!isEmpty(s))
        return s->data[s->top];
    return 0;
}
int precedence(char operator) {
    switch (operator) {
        case '+':
        case '-':
            return 1;
        case '*':
        case '/':
        case '%':
            return 2;
        case '^':
            return 3;
        default:
            return 0;
    }
}
double applyOperator(double a, double b, char operator) {
    switch (operator) {
        case '+':
            return a + b;
        case '-':
            return a - b;
        case '*':
            return a * b;
        case '/':
            if (b != 0)
                return a / b;
            else {
                printf("Error! Division by zero.n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        case '%':
            if ((int)b != 0)
                return (int)a % (int)b;
            else {
                printf("Error! Division by zero.n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        case '^':
            return pow(a, b);
        default:
            return 0;
    }
}
int main() {
    char expression[MAX];
    Stack values, operators;
    initStack(&values);
    initStack(&operators);
    printf("Enter an expression: ");
    fgets(expression, MAX, stdin);
    for (int i = 0; expression[i] != '' && expression[i] != 'n'; i++) {
        if (isspace(expression[i]))
            continue;
        if (isdigit(expression[i])) {
            double value = 0;
            while (i < MAX && isdigit(expression[i])) {
                value = (value * 10) + (expression[i] - '0');
                i++;
            }
            if (expression[i] == '.') {
                double fractional = 0.1;
                i++;
                while (i < MAX && isdigit(expression[i])) {
                    value += (expression[i] - '0') * fractional;
                    fractional *= 0.1;
                    i++;
                }
            }
            push(&values, value);
            i--;
        } else if (expression[i] == '(') {
            push(&operators, expression[i]);
        } else if (expression[i] == ')') {
            while (!isEmpty(&operators) && peek(&operators) != '(') {
                double b = pop(&values);
                double a = pop(&values);
                char op = (char)pop(&operators);
                push(&values, applyOperator(a, b, op));
            }
            pop(&operators);
        } else {
            while (!isEmpty(&operators) && precedence(peek(&operators)) >= precedence(expression[i])) {
                double b = pop(&values);
                double a = pop(&values);
                char op = (char)pop(&operators);
                push(&values, applyOperator(a, b, op));
            }
            push(&operators, expression[i]);
        }
    }
    while (!isEmpty(&operators)) {
        double b = pop(&values);
        double a = pop(&values);
        char op = (char)pop(&operators);
        push(&values, applyOperator(a, b, op));
    }
    printf("Result: %.2lfn", pop(&values));
    return 0;
}

五、总结

通过上述步骤，我们实现了一个基本的计算器程序，并逐步扩展功能以处理更复杂的运算。在C语言中实现计算器程序，不仅可以帮助我们熟悉基本的语法和数据结构，还可以提高我们的编程技能。 使用栈来处理运算符优先级是一种常见且有效的方法，掌握这一技巧将对我们处理更多复杂的问题大有帮助。

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