用Java实现计算器

在学习《数据结构》这门课的时候，老是会想到模拟计算器的运算。虽说实验里面也有设计逆波兰计算器的题目，但它只考察了栈和队列的操作思想，没有考虑到运算符的优先级以及复杂组合情况（比如多层括号），因此其实用性并不大。
今天试着写了一下，看似很简单，还是花费了一段时间的。

处理纯符号(+-)字符串(1)

这是最简单的情况。
1. 首先+-的运算等级最低，而且没有括号的限制。
2. 其次我们只需要把相应的数字部分读到一个对象中，运算符存放到另外一个对象里面。
3. 最后将字符串数字转换为int型，运算符转换为char型，依次计算得出结果。

下面直接贴代码了：

public static double HandleJJFH(String s) {
int q = 0;
int i = 0;

        Queue<Double> Q = new LinkedList<Double>();
        String strnum = null;
        String fuhao = new String("");
while (i < s.length()) {
if (JudgeNumAndDot(s.charAt(i)) && i + 1 != s.length()) {
                i++;
continue;
            }
if (JudgeFH(s.charAt(i)) || (i + 1 == s.length())) {
//截取数字部分
if (i + 1 == s.length())
                    strnum = s.substring(q, i + 1);
if (JudgeFH(s.charAt(i))) {
                    fuhao += s.charAt(i);
                    strnum = s.substring(q, i);
                }
                Q.offer(StrToNum(strnum));
                q = i + 1;
                i++;
            }
        }

//取出头部元素
        Double a = Q.poll();
        i = 0;
while (!Q.isEmpty()) {
            a = TwoCalu(a, fuhao.charAt(i), Q.poll());
            i++;
        }
return a;
    }

需要注意的是Stack和Queue的泛型参数必须是类类型。
用到的辅助函数如下:

public static double TwoCalu(double a, char c, double b);
public static double StrToNum(String s);

同样的*/运算符也适用

处理带有(+-*/)字符串(2)

*/的运算等级要比+-的高，因此情况稍微复杂一点。
大致思路是：将处于相邻+-之间的字符串截取下来。那么截取下来的字符串只有*/运算符或者没有，这样情况便简化成了处理纯符号(+-)字符串(1)
直接贴代码：

    //该方法可能要做优化
public double HandleAll_NonBracket(String s) {
if(s.charAt(0) == '-' && JudgeStrnum(s.substring(1,s.length())))//可能s为-3
return StrToNum(s);

int i = 0, q = 0, countJJ = 0;
        String CCstr = "", fuhao = "";

        Queue<Double> Q = new LinkedList<Double>();
while (i < s.length()) {
//数字或*/
if (JudgeNumAndDot(s.charAt(i)) || JudgeCC(s.charAt(i))) {
                i++;
continue;
            }

//发现+/-运算符
if (JudgeJJ(s.charAt(i))) {
                countJJ++;
                fuhao += s.charAt(i);
//发现第一个+-
if (countJJ == 1) {
                    CCstr = s.substring(0, i);
//如果含有*/
if (JudgeStrcc(CCstr))
                        Q.offer(HandleJJFH(CCstr));
else
                        Q.offer(StrToNum(CCstr));
                }
//发现非第一个+-
else {
//截取是否含有连续*/的字符串
                    CCstr = s.substring(q + 1, i);

//中间纯数字
if (JudgeStrnum(CCstr))
                        Q.offer(StrToNum(CCstr));

//中间包含*/
if (JudgeStrcc(CCstr))
                        Q.offer(HandleJJFH(CCstr));
                }
                q = i;
                i++;
            }
        }

if (countJJ == 0)
return HandleJJFH(s);
        CCstr = s.substring(q + 1, s.length());
//如果含有*/
if (JudgeStrcc(CCstr))
            Q.offer(HandleJJFH(CCstr));
else//如果纯数字
            Q.offer(StrToNum(CCstr));

//取出头部并且返回头部值
double a = Q.poll();
        i = 0;
while (!Q.isEmpty()) {
            a = TwoCalu(a, fuhao.charAt(i), Q.poll());
            i++;
        }
return a;
    }

用到的辅助函数如下:

public static boolean JudgeNum(char c);
public static boolean JudgeCC(char c);
public static double HandleJJFH(String s);
public static double StrToNum(String s);
public static double TwoCalu(double a,char c,double b);

处理带( )的字符串(3)

带有( )的字符串运算优先级是最高的，但无非也就是首先考虑它的运算，与*/类似。
我们首先考虑只有一对括号的字符串:
把带( )的String a截取下来，计算得出结果double b，并将结果b转换为String类型返回替代原有a的位置，这样情况便简化成了处理带有(+-*/)字符串(2)
Queue< Kuohao > L ，Stack< Kuohao > R是需要借助的数据结构。L用于记录左括号的位置，并依次入队列；R用于记录右括号的位置，并且依次入栈。这样左括号和右括号便能够匹配成功。截取括号便有了成功的把握。

多括号的字符串处理

涉及到多括号处理的时候，最简单的方法是使用递归。

public double HandleBracket(String s) {
        Queue<Kuohao> L = new LinkedList<Kuohao>();
        Stack<Kuohao> R = new Stack<Kuohao>();
        String t = "";
int num = KuohaoNum(s, L, R);
if (num == 0)
return HandleAll_NonBracket(s);
else {
            Kuohao q = L.poll();
            Kuohao p = R.pop();
            String str = s.substring(q.index + 1, p.index);//将最外层括号去掉
            t += s.substring(0, q.index);//括号左边部分字符串
double temp = HandleBracket(str);//处理左右括号中间字符串
            String midres = NumToStr(temp);
if (t.length() == 0)//例如(1+2*3),那么t=1+2*3
                t = t + midres;
if (t.charAt(t.length() - 1) == '+' && midres.charAt(0) == '-')//可能会出现123+ -4的情况
                t = t.substring(0, t.length() - 1);
if (!t.equals(midres))//例如(1+2.5*4),那么t=11,midres=11,但结果只能返回7而不是14
                t = t + midres;

            t = t + s.substring(p.index + 1, s.length());
return HandleAll_NonBracket(t);
        }
    }

用到的辅助函数如下:

public double KuohaoNum(String s,Queue<Kuohao> left,Stack<Kuohao> right);
public double HandleAll(String s);
public static String NumToStr(double t);

计算器的运算过程大致就是这样了！

源代码

不足之处

对于用户输入的字符串并未进行合法性的检查，因此计算时程序可能会出现异常或报错。
递归虽然通俗易懂，但是执行效率低，方法需要改进。
一些辅助函数过于冗余，耦合性较高。
最终程序应以图形界面的方式显示。

感触

看似简单的计算器实则大有门道。对于非程序员而言，他们可能对实现这样的功能不屑一顾，但对程序员却是极大的挑战。就像现在的我，熬夜的痛苦谁人知！果然是术业有专攻，以后不敢小瞧其它专业了！

秒客网