在 C 语言编程的学习之路上，同学们在了解基本概念、掌握基础语法之后，一定跃跃欲试想开发一款有意义的实用程序。

编程实现计算器是一个不错的选择。因为它难度适中，需要用到的知识又恰好涵盖了 C 语言的基本关键点，还具有一定的实用性，是 C 语言初学者比较适合的练手项目。在进行下一步练习之前，同学们先对照一下自己是否掌握以下知识：数据类型：整型、字符型、浮点型、枚举、数组、结构体，以及指针等；基本语句：顺序、循环、分支、跳转等；算术运算：加、减、乘、除等；输入输出处理：字符串的格式化输入输出，实现命令行交互。如果上述知识点你都已经掌握，那么我们就可以了解一下计算器程序都有哪些功能了。大家都使用过手持式计算器，它有一个窗口可以显示输入的数字和计算的结果，还有若干包含数字和运算符的按键，我们通过按键输入数字和运算符以完成计算。以手持式计算器作为参考，我们可以将程序设计为命令行式交互，接收键盘输入的数字和运算符，计算后将结果显示在屏幕上。这需要考虑如何对四则运算表达式求值、数据的验证、交互的友好性等问题。我们现在开始手撸一个计算器程序吧。

手写计算器在动手写代码前，要先确定计算器的具体功能。因为直接一头扎到代码的细节里，写着写着就会发现难度比自己想象中要大。例如四则运算的混合运算就要判断运算符的优先级，这对于初学者来说实现起来并不容易。所以我们可以遵循最小可用原则，即规划功能尽量从简单实现开始，但要保证核心功能是完备的。在完成一个版本之后，再增加复杂度，不断迭代前进。这样既可以保证每一步都能得到可用的程序，还能逐渐增强自己的信心。对于第一版计算器程序，规划以下核心功能：只实现两个数之间的四则运算；输入序列为[第一个数] [运算符号] [第二个数]；使用switch-case分支语句处理计算逻辑；对无效数字和无效符号进行判断。

根据上述功能规划实现的第一版程序，同学们可以参考一下：

#include #include
 int main(int argc, char *argv[]) { double num1, num2, result; // 声明变量 char op;
 printf("请输入第一个数字："); scanf("%lf", &num1);
 printf("请输入运算符："); scanf(" %c", &op);
 printf("请输入第二个数字："); scanf("%lf", &num2);
 switch(op) { // 根据运算符进行相应运算 case '+': result = num1 + num2; break; case '-': result = num1 - num2; break; case '*': result = num1 * num2; break; case '/': if(num2 == 0) { // 处理除数为0的情况 printf("错误：除数不能为0\n"); exit(1); } result = num1 / num2; break; default: // 处理无效运算符的情况 printf("错误：%c 是无效运算符\n", op); exit(1); }
 printf("%.2f %c %.2f = %.2f\n", num1, op, num2, result);
 return 0; }

审查上述代码，我们以double类型来定义待计算的变量，以char类型将运算符作为字符型存储，然后通过switch-case条件分支语句对运算符进行识别并处理。

我们可以在 Linux 环境下使用 gcc 工具编译、调试、测试示例代码。正常运行示例：判断出&是无效字符的错误运行示例：

判断出除数不能为零的错误运行示例：

至此，一个能完成两个数之间四则运算的简单计算器程序就开发好了。同学们一定会发现这个程序还有许多地方是可以优化的，例如，输入的不是数字而是字符串时会发生什么？交互方式是不是还可以更加友好一些？所有有待改进之处，同学们都可以去积极探索。接下来我们就将挑战一个更有难度的功能，那就是如何实现复杂表达式的计算。

更进一步：复杂表达式的计算一款实用计算器要能够依据运算符的优先级，实现对多个数的混合四则运算，并且还支持括号的优先级处理。这里需要引入一个数据结构——栈（stack），它的特点是“先进后出”，只能在栈顶执行压入（push）和弹出（pop）操作。我们需要创建两个栈：一个操作数栈和一个运算符栈。简单起见，栈可以用数组来实现。有了栈之后，就要对表达式进行解析，通过对运算符和操作数的入栈、出栈操作，完成整个表达式的计算工作。根据运算符和括号的优先级顺序，从左至右遍历表达式，下面以伪代码的形式说明求值规则：

#define STACK_SIZE 128
 double eval_expr(char* expr) { // 定义运算符栈和操作数栈 char op_stack[STACK_SIZE]; double num_stack[STACK_SIZE];
 对于每个token in expr: 如果 token 是操作数: 将 token 解析为操作数，并压入 num_stack 如果 token 是运算符: 当 op_stack 非空 且 栈顶运算符的优先级 >= token 的优先级: 弹出栈顶运算符，从 num_stack 弹出两个操作数进行运算，并将结果压入 num_stack 将 token 压入 op_stack
 当 op_stack 非空: 弹出栈顶运算符，从 num_stack 弹出两个操作数进行运算，并将结果压入 num_stack
 return num_stack 的栈顶元素 }

为了更好地理解，我们来观察一个混合运算示例："3 * 4 + (2 - 1) / 5 ^ 2"。

// 在“3 * 4”入栈后，栈中数据如下 num_stack = [3, 4]; op_stack = [*]; // 遇到 + 号，它的优先级低于 * 号，暂停入栈，将 3 * 4 出栈先行计算，再将结果12入栈 num_stack = [12]; op_stack = [+]; // “(2-1”入栈之后数据如下 num_stack = [12, 2, 1]; op_stack = [+, (, -]; // 遇到右括号，停止入栈，要匹配左括号，并弹出栈中数据进行计算 num_stack = [12, 1]; op_stack = [+]; // “/5^2”入栈后数据如下 num_stack = [12, 1, 5, 2]; op_stack = [+, /, ^]; // 接下来依次对出栈数据进行计算，得到结果 num_stack = [12.04]; op_stack=[];

同学们可以在前面完成的完整示例的基础上添加功能，将伪代码改写为具体的功能实现。这个功能更加复杂，实现的时候要有耐心，把握细节，同时多考虑错误处理和异常情况。

通过这个主题，同学们了解了如何使用 C 语言构建一个简单的计算器，并掌握了处理用户输入、表达式解析和求值的基本技术。同时可以进一步扩展计算器的功能或进行其他有趣的项目，以便继续发展和挑战自己。

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