C++で数値と「+」「-」演算子のみを含む配列式を評価する方法

この記事では、n個の文字列要素からなる配列 arr[] で表現された数式を評価する方法を解説します。配列の各要素は、数値、または演算子「+」「-」のいずれかであり、これらを順に処理して最終的な計算結果を求めるのが課題です。

問題の概要

与えられる式には、数値・「+」記号・「-」記号のみが含まれます。括弧や乗除算は考慮せず、左から順に加減算を適用していきます。

入力例

arr = {"5", "+", "2", "-", "8", "+", "9"}

出力例

8

解説

この式は 5 + 2 - 8 + 9 = 8 として評価されます。

解法アプローチ

解き方はシンプルです。配列を先頭から順に走査し、各演算子に応じて加算または減算を実行します。その際、文字列形式の数値は stoi() 関数を使って整数値へ変換する必要があります。数値と演算子が交互に並んでいるため、インデックスを2つずつ進めることで効率的に処理できます。

C++での実装例

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

int solveExp(string arr[], int n) {
    // 配列が空の場合は0を返す
    if (n == 0)
        return 0;

    int result = stoi(arr[0]); // 先頭の数値を初期値とする

    // 数値と演算子が交互に並ぶため、2つずつ進める
    for (int i = 2; i < n; i += 2) {
        int value = stoi(arr[i]);
        if (arr[i - 1] == "+")
            result += value;
        else
            result -= value;
    }
    return result;
}

int main() {
    string arr[] = { "5", "-", "3", "+", "8", "-", "1" };
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    cout << "計算結果: " << solveExp(arr, n);
    return 0;
}

実行結果

計算結果: 9

コードの解説

まず先頭の数値を stoi() で整数に変換し、結果の初期値とします。その後、インデックスを2つずつ進めながらループを回します。これは「数値 → 演算子 → 数値」という構造が繰り返されるためです。各ステップでは、直前の演算子が「+」なら加算を、「-」なら減算を行います。

なお、stoi() は符号付きの文字列(例:「-8」)も正しく処理できるため、負の数が1つのトークンとして含まれる場合にも対応可能です。このアルゴリズムの時間計算量は O(n)、空間計算量は O(1) と非常に効率的です。