如何使用字符串或字符向量（分别包含任何化学成分公式）并计算其摩尔质量？

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何使用字符串或字符向量（分别包含任何化学成分公式）并计算其摩尔质量？

【英文标题】：How to use a string or a char vector (containing any chemical composition respectively formula) and calculate its molar mass?

【发布时间】：2019-01-27 00:30:23

【问题描述】：

我尝试用 C++ 编写一个简单的控制台应用程序，它可以读取任何化学公式，然后计算其摩尔质量，例如：

Na2CO3，或类似的东西： La0.6Sr0.4CoO3，或带括号： Fe(NO3)3

问题是我不详细知道如何处理输入流。我认为在这种情况下，读取输入并将其存储到 char 向量中可能比使用公共字符串更好。

我的第一个想法是逐步检查所有元素（存储在 char 向量中）：当大写字母后没有小写字母时，我发现例如像碳“C”这样的元素，而不是“Co”（钴）或“Cu”（铜）。基本上，我已经尝试过 isupper(...)、islower(...) 或 isalpha(...) 方法.

// first idea, but it seems to be definitely the wrong way
// read input characters from char vector 
// check if element contains only one or two letters
// ... and convert them to a string, store them into a new vector
// ... finally, compute the molar mass elsewhere
// but how to deal with the numbers... ? 

for (unsigned int i = 0; i < char_vec.size()-1; i++)

    if (islower(char_vec[i]))
    
        char arr[] =  char_vec[i - 1], char_vec[i] ;
        string temp_arr(arr, sizeof(arr));
        element.push_back(temp_arr);
    
    else if (isupper(char_vec[i]) && !islower(char_vec[i+1]))
    
        char arrSec[] =  char_vec[i] ;
        string temp_arrSec(arrSec, sizeof(arrSec));
        element.push_back(temp_arrSec);
    
    else if (!isalpha(char_vec[i]) || char_vec[i] == '.')
    
        char arrNum[] =  char_vec[i] ;
        string temp_arrNum(arrNum, sizeof(arrNum));
        stoechiometr_num.push_back(temp_arrNum);
    

我需要一个可以处理字母和数字的简单算法。也有可能使用指针，但目前我对这种技术不太熟悉。无论如何，我愿意接受这种理解，以防有人想向我解释我如何在这里使用它们。

我非常感谢任何支持，当然还有一些关于这个问题的代码 sn-ps，因为我想了很多天都没有进展……请记住，我是初学者而不是中级。

【问题讨论】：

c# Cut String at Capital Letter的可能重复

欢迎来到 Stack Overflow。这不是一个适合初学者的项目。如果你需要这个程序，我建议你请一个程序员为你编写它（也许在易货化学辅导中）。如果你真的想自己做，我建议你从更简单的练习开始，比如将不带括号的公式解析为其组成部分，如“CuO2”=> [Cu, O, 2]。这需要时间。

我不知道为什么这个问题会受到如此多的反对。它被清楚地说明并包含自己的工作尝试。因为你认为这个任务对初学者来说太难了，所以对一个问题投反对票是没有用的。特别是没有进一步解释。

@datell 你的推测为什么投反对票的人比反对票的人更能说明你。

@Florian C++14 或 17 是否可供您使用？

【参考方案1】：

这个问题肯定不适合初学者，但我会尝试给你一些关于如何做到这一点的想法。

假设：我没有考虑同位素的情况，即相同原子序数的原子质量可能不同。

将其建模为现实世界。

在现实生活中你将如何解决这个问题？

说，如果我给你化学式：Fe(NO3)3，你会做的是：

把它转换成这样的东西：

Total Mass => [1 of Fe] + [3 of NO3] => [1 of Fe] + [ 3 of [1 of N + 3 of O ] ]
           => 1 * Fe + 3 * (1 * N + 3 * O)

然后，您将搜索大量元素，然后替换它们。

Total Mass => 1 * 56 + 3 * (1 * 14 + 3 * 16)
           => 242

现在，开始编程吧。

相信我，你在编程中也必须这样做。

将您的化学式转换为上述形式，即将Fe(NO3)3 转换为Fe*1+(N*1+O*3)*3。我认为这是这个问题中最难的部分。但这也可以通过分解为步骤来完成。

检查是否所有元素后面都有数字。如果不是，则在其后添加“1”。例如，在这种情况下，O 后面有一个数字，即3。但是Fe 和N 没有。

在这一步之后，您的公式应更改为Fe1(N1O3)3。

现在，将每个数字，例如上述公式的num 转换为：

*num+如果当前数字后面有元素。

*num如果你遇到')'或后面的公式结束。

在此之后，您的公式应更改为 Fe*1+(N*1+O*3)*3。

现在，您的问题是解决上述公式。有一个非常简单的算法。请参考：https://www.geeksforgeeks.org/expression-evaluation/。在您的情况下，您的操作数可以是数字（比如2）或元素（比如Fe）。您的操作员可以是* 和+。括号也可以出现。

要查找单个质量，您可以将包含 element name 的 std::map<std::string, int> 维护为 key，并将其 mass 维护为 value。

希望这会有所帮助。

【讨论】：

这与其说是一系列 cmets 的答案。答案应在要求的范围内具体回答问题。

这没有提供问题的答案。要批评或要求作者澄清，请在他们的帖子下方留下评论。 - From Review

@Andrew 我认为 OP 要求的是一个简单的算法。我认为它可以完成这项工作。您会看到标题并决定它是否完成这项工作。

@PasserBy 因为 OP 是初学者，我认为它相对更容易阅读而不是代码。不管你怎么做都应该传达这个想法。

@Andrew 如果您仍然认为此答案可以改进，请在此答案下方发布您的 cmets。我对此持开放态度。