《现代 C++ 手把手实现 RPN 计算器》

• 版本：1.0
• 编译器：GCC 10+ / Clang 12+ / MSVC 2019+
• 标准：C++20

目录

1. 第 1 章：Hello RPN
   • rpn_min.cpp
2. 第 2 章：头文件化 + 单元测试
   • rpn_engine.hpp
   • test.cpp
3. 第 3 章：交互式 REPL
   • repl.cpp
4. 第 4 章：单文件发布 & 交叉编译
   • Linux→Windows 交叉编译
5. 第 5 章：课后挑战

第 1 章：Hello RPN

先给出一个最小可运行版本，保存为 rpn_min.cpp。

rpn_min.cpp

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <stack>
#include <stdexcept>

double rpn(const std::string& line){
    std::stack<double> st;
    std::istringstream iss(line);
    std::string tok;
    while (iss >> tok){
        if (tok == "+" || tok == "-" || tok == "*" || tok == "/"){
            if (st.size() < 2) throw std::runtime_error("need 2 operands");
            double b = st.top(); st.pop();
            double a = st.top(); st.pop();
            switch (tok[0]){
                case '+': st.push(a + b); break;
                case '-': st.push(a - b); break;
                case '*': st.push(a * b); break;
                case '/':
                    if (b == 0) throw std::runtime_error("divide by 0");
                    st.push(a / b); break;
            }
        } else {
            st.push(std::stod(tok));
        }
    }
    if (st.size() != 1) throw std::runtime_error("stack size != 1");
    return st.top();
}

int main(){
    std::cout << "RPN> ";
    std::string line;
    std::getline(std::cin, line);
    try {
        std::cout << "Result: " << rpn(line) << '\n';
    } catch (const std::exception& ex){
        std::cerr << "Error: " << ex.what() << '\n';
    }
}

编译 & 运行：

第 2 章：头文件化 + 单元测试

rpn_engine.hpp

#pragma once
#include <stack>
#include <sstream>
#include <stdexcept>
#include <string>

double evaluateRPN(const std::string& expr){
    std::stack<double> st;
    std::istringstream iss(expr);
    std::string tok;
    while (iss >> tok){
        if (tok.size() == 1 && std::string("+-*/").find(tok[0]) != std::string::npos){
            if (st.size() < 2) throw std::runtime_error("stack underflow");
            double b = st.top(); st.pop();
            double a = st.top(); st.pop();
            switch (tok[0]){
                case '+': st.push(a + b); break;
                case '-': st.push(a - b); break;
                case '*': st.push(a * b); break;
                case '/':
                    if (b == 0) throw std::runtime_error("divide by zero");
                    st.push(a / b); break;
            }
        } else {
            st.push(std::stod(tok));
        }
    }
    if (st.size() != 1) throw std::runtime_error("single value expected");
    return st.top();
}

test.cpp

#define DOCTEST_CONFIG_IMPLEMENT_WITH_MAIN
#include "doctest/doctest.h"
#include "rpn_engine.hpp"

TEST_CASE("basic"){
    CHECK(evaluateRPN("3 4 +") == 7);
    CHECK(evaluateRPN("2 3 4 + *") == 14);
    CHECK(evaluateRPN("10 2 /") == 5);
}
TEST_CASE("exceptions"){
    CHECK_THROWS(evaluateRPN("1 +"));
    CHECK_THROWS(evaluateRPN("3 0 /"));
    CHECK_THROWS(evaluateRPN("1 2 3"));
}

下载 doctest 单文件头库并执行测试：

第 3 章：交互式 REPL

借助 linenoise 单文件头库实现行编辑与历史。

repl.cpp

#include "rpn_engine.hpp"
#include "linenoise.hpp"
#include <iomanip>

int main(){
    const char* prompt = "rpn> ";
    std::string line;
    while (linenoise::Readline(prompt, line)){
        if (line == "exit" || line == "quit") break;
        try {
            double v = evaluateRPN(line);
            std::cout << "= " << std::setprecision(12) << v << '\n';
            linenoise::AddHistory(line.c_str());
        } catch (const std::exception& ex){
            std::cerr << "error: " << ex.what() << '\n';
        }
    }
}

第 4 章：单文件发布 & 交叉编译

把全部源码合并成 rpn_single.cpp，-Os -s -DNDEBUG 优化后仅 ~92 KB（UPX 后）。

Linux→Windows 交叉编译

第 5 章：课后挑战

1. 增加幂运算 (^) 与单目负号
2. 支持变量存储 (sto / rcl)
3. 用 std::variant 实现高精度有理数，避免浮点误差
4. 编译为 WebAssembly，在浏览器里运行！

祝 hacking 愉快！