JAVA & 完美计算器
前言：
我设计的计算器用到的一些知识储备有：
javase 基础语法
java数据结构,栈的知识（部分集合类）
中缀表达式
逆波兰后缀表达式
思想（字符串 -> 中缀 -> 逆波兰 -> 结果）
优化调修
计算器基本用处:
十进制运算通用，其他进制只支持进制转化功能
计算复杂字符串（高复合括号，处理优先级，处理多位小数）
包含（+ -）<（* / % ^）（位操作符不包含，三角函数操作符不考虑），默认 * / % ^ 优先级一样
获取上一次的数据以及查看历史记录的功能
接下来一步步来设计我们的计算器吧！
① 我们要了解什么是中缀表达式与逆波兰后缀表达式
中缀表达式
其实就是我们平时写的表达式如： -1 / (-11 * 22) + 6 ^ 2 % 3
正常的序列，符号一般在数字与数字中间，除了符号表示负数时，带括号
补充一说，实际上一个是没两个式子就有一个括号
例如上面那个式子应该是:> ((-1 / (-11 * 22)) + ((6 ^ 2 )% 3))
逆波兰后缀表达式
这类表达式是专门去计算的，特定计算后就是正确结果
格式错误甚至报错，顺序错误大概率影响正确结果甚至报错
其实就是让中缀表达式（括号全在的情况下），将 从里往外，从左往右 把运算符往括号右边放，并且删除括号（也可最后一起删除，反正要记住那些部分是整体）
② 接下来是将字符串转化为中缀表达式
待处理问题：（正常人输入情况下!）
字符串是否带空格
字符串为连续，怎么确定 值与符号
负号代表运算还是值呢?
思想：
字符串空格在java中可以用字符串自带函数，将字符串空格转化为空字符，完成删除
replaceAll(String , String)
遍历一次，每次遇到数字或者小数点时循环将整个数值制作成字符串就行，其他字符就直接做成字符串
只需要判断每个负号前面的情况就好：
要么没有字符 负值
要么为左括号 负值
要么为右括号 和 数字 运算符
最后将负号改成 -1 * 即可
最终放进顺序表或者链表中
//记得导包！ //所有都用static是因为互相使用方便，并且这个方法不需要new一个对象才能使用，通过类名就足够了 public static List<String> transform(String s) { //1. 去空格 s = s.replaceAll(" ", "");
//2. 存放各元素 List<String> list = new ArrayList();//存储中序表达式 int i = 0; char c; do { if (((c = s.charAt(i)) < 48 || (c = s.charAt(i)) > 57)) { list.add("" + c); i++; } else { //这里是为了提高效率用了 StringBuilder //因为本质上字符串相加调用了这个，那么我们多次相加就多次调用，还不如只调用一次！ StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); while ((i < s.length() && ((c = s.charAt(i)) >= 48 && (c = s.charAt(i)) <= 57)) || (i < s.length() && (c = s.charAt(i)) == '.')) { stringBuilder.append(c); i++; } list.add(stringBuilder.toString()); } } while (i < s.length());
//3. 对特殊负号进行修改 for (int j = 0; j < ls.size(); j++) { if(list.get(j).equals("-") && (j == 0 || (j > 0 && list.get(j - 1).equals("(")))) { list.set(j, "-1"); list.add(j + 1, "*"); } } return list; }
③ 中序表达式转化为逆波兰表达式
面临的问题：
优先级怎么处理
怎么排出正确的序列，在括号缺失，括号存在的情况下
处理：
可以写一个方法，判断符号优先级，优先级大的返回值更大 （括号优先级为最小，这里与后面的操作很重要）
用栈去处理！【随后解释】
其实我们不难想出，可以用递归，递归进一层一层括号内，但是递归每次的空间都不一样，不易操作
用栈去实现“倒回的思想”，先弹入的符号，后弹出，模拟出中序表达式中先里面的括号符号弹出，外面括号的符号弹出
有一个新的集合存放逆波兰表达式（能在原来的那个平移操作，那真的牛）
一. 优先级的处理：
当然也可以用switch( String ) 【switch在java中是可以分支字符串的】
public static int getValue(String s) { if (s.equals("+")) { return 1; } else if (s.equals("-")) { return 1; } else if (s.equals("*")) { return 2; } else if (s.equals("/")) { return 2; } else if (s.equals("^")) { return 2; } else if (s.equals("%")) { return 2; } else { return 0; } }
二.我自己做的栈实现，这里功能方便展示（也可以用java现成的集合类）：
public class MyStack { private List<String> list; private int size;//已有元素个数 public String top;//栈顶元素 //构造方法 public MyStack() { list = new ArrayList(); size = 0; top = null; } //获取栈已有元素个数 public int size() { return size; } //压栈 public void push(String s) { list.add(s); top = s; size++; } //弹出栈顶 public String pop() { String s = list.get(size - 1); list.remove(size - 1); size--; top = size == 0 ? null : list.get(size - 1); return s; } }
三.转化为逆波兰表达式：
一.获得中缀表达式
List<String> listStr = transform(s);
二. 处理中缀表达式（结合代码观看，以及结合前面的图）
遍历表，识别字符串的种类
双精度浮点型的匹配（包含负数整数小数，最全面）（^(-?\d+)(\.\d+)?$ 双精度浮点型是正则表达式），matches(正则表达式)来判断字符串是否是对应种类的数据。【当然识别字符不是负号，并且第一个字符是数字字符or负号也是OK的】
左括号
右括号
运算符（在我们之前的操作，负号已经全是操作符了）
※ 进行不同操作 【特别重要】
对于数值，直接放入 集合 retList 里面就好。
对于左括号
压入栈中
对于右括号
将栈中不是左括号的全部弹入 retList 中
最终将左括号弹出
左右括号这套操作，可以使得，在遇到右括号时，将这对括号内的整体进行了操作，也就是完成分割
也就是说，数值的顺序是一定的，运算符进入集合 retList 的时机最为重要，而左右括号这套操作，让整个表达式有条不紊的进行了， 让括号在栈中进行分割，让括号内部不干扰外部的
提高栈中的符号管理！
对于运算符，想象这么一个场景 （#￥@%￥%￥%@） ==》 （（）----（）----（）----（）… ） 一个括号式子中实际应该是这个的，
此次运算符的优先级小于等于栈顶优先级，就得弹入retList中（循环）
如果栈顶为2,此时为1 --》 这就相当于【前面的整体括号式子已经结束了，该加减后面的整体括号式子了】1 别忘了最后压栈。
* 例如,5*5 + 1 ,5/6 + 1
如果栈顶为1， 此时为2–》直接压栈，意味着数值应该先进行该操作。
如果栈顶为1/2， 此时与其相等，应该悉数弹入retList中，优先级相同，可以连续进行，既然是连续进行，那么相当于左边整体括号式子结束，别忘了最后压栈。
如果栈顶为0，则直接压栈即可。
最终将栈中剩余的全部弹入retList中（栈顶弹出，满足思想）
public static List<String> parse(String s) { List<String> listStr = transform(s); List<String> retList = new ArrayList<>(); for (String ss : listStr) { if (ss.matches("^(-?\\d+)(\\.\\d+)?$")) { retList.add(ss); } else if (ss.equals("(")) { ms1.push(ss); } else if (ss.equals(")")) { while (!ms1.top.equals("(")) { retList.add(ms1.pop()); } ms1.pop(); } else { while (ms1.size() != 0 && getValue(ms1.top) >= getValue(ss)) { retList.add(ms1.pop()); } ms1.push(ss); } } while (ms1.size() != 0) { retList.add(ms1.pop()); } return retList; }
下图以 A + （ B - D ）- E / F为例的步骤剖析图：
④ 通过逆波兰表达式求结果
重点在于如何利用栈！【下面用到的栈是java自带的栈！】
定义计算规则！【先弹出的放在右，后弹出的放在左，因为栈的特性】
public static void cal(Stack<String> stack, String str) { String str1 = stack.pop(); String str2 = stack.pop(); Double f1 = Double.parseDouble(str1); Double f2 = Double.parseDouble(str2); switch (str) { case "+": stack.push(f1 + f2 + ""); break; case "-": stack.push(f2 - f1 + ""); break; case "*": stack.push(f1 * f2 + ""); break; case "/": if(f1 == 0) { throw new ArithmeticException("计算"); } stack.push(f2 / f1 + ""); break; case "%" : if(f1 == 0) { throw new ArithmeticException("计算"); } if(((int)(f2 / f1))* f1 == f2) {//确定是否倍数关系的方法 stack.push(0 + ""); }else { stack.push(f2 % f1 + ""); } break; case "^": stack.push(Math.pow(f2, f1) + ""); break; }
这里要确定倍数关系在去取模
是因为计算机在储存小数是，是按照一定精确度的，所以取模的时候，可能存在倍数关系，但是结果又不是0，就是因为偏差了那0.00000000001
栈模拟出来那种“套娃”，说到底就是运算“到底”，两个数就通过运算符结合成一个数，直到最后一个数
遍历集合，一直压栈直到遇到符号，就“融合”前面两个数，然后继续直到集合末尾
如下图所示：
public static String calculate(String s) { List<String> arrayList = reversePolish.parse(s); Stack<String> stringStack = new Stack<>(); for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) { String str = arrayList.get(i); if(str.equals("+") || str.equals("-") || str.equals("*") || str.equals("/") || str.equals("^") || str.equals("%")) { cal(stringStack, str);//cal为刚才的计算原理 }else { stringStack.push(str); } } return stringStack.pop(); }
这里埋个伏笔，返回的是字符串，因为我们不仅仅要用到它的值，还要它的字符串。
只需要将字符串转化为double型（用java中String自带的方法）就好了【也可遍历字符串去慢慢构建一个double型也行】
⑤ 计算器搭建组装
一.菜单以及初步框架
public static void menu() { System.out.println("***********### 计算器 ###************"); System.out.println(" 1. 获取上一次的值继续运算"); System.out.println(" 2. 重新开始计算"); System.out.println(" 3. 进制转化（只限整数）"); System.out.println(" 4. 获取上一次的n进制序列"); System.out.println(" 5. 查看历史记录"); System.out.println(" 0. 退出"); System.out.println("****************************************"); System.out.print("请选择:> "); }
String str = ""; Scanner scanner = new Scanner(System.in); PrevNum prevNum = new PrevNum(); List<String> history = new ArrayList<>(); int input = 0; do { menu(); input = scanner.nextInt(); scanner.nextLine(); switch (input) { case 1: //区域1 break; case 2: //区域2 break; case 3: //区域3 break; case 4 : //区域4 break; case 5: //区域5 break; case 0: //区域6 break; default: //区域7 break; } }while(input != 0); }
二.各个组件【代码基本部分阅读简单，不作赘述】
public class 你他妈脑子异常 extends RuntimeException{ public 你他妈脑子异常() { } public 你他妈脑子异常(String message) { super(message); } }
为了对一些无脑操作痛击！！！而设计的异常（汉字可以做类名，但是不合理（像触发这个异常的操作者一样），我们应该有正确的写代码风格）
组件1区域1:
System.out.print("请输入:> " + str); str += scanner.nextLine(); String s1 = str; str = calculate(str); System.out.println("=" + Double.parseDouble(str)); history.add(s1 + " = " + Double.parseDouble(str));
获取上一次的值继续运算（那个计算后的字符串被记录下来了，这样就可以追加续写了）
组件2区域2:
System.out.print("请输入:> "); str = scanner.nextLine(); String s2 = str; str = calculate(str); System.out.println("=" + Double.parseDouble(str)); history.add(s2 + " = " + Double.parseDouble(str));
重新开始计算
组件3区域3:
class PrevNum { String string; int radix; public PrevNum() { } public PrevNum(String string, int radix) { this.string = string; this.radix = radix; } public int getValue() { return Integer.parseInt(string, radix); } public void set(String string, int radix) { this.string = string; this.radix = radix; } @Override public String toString() { if (string == null) { throw new 你他妈脑子异常("明明没有上一个");//自制的异常 } return "数值为 '" + string + '\'' + ", 进制为 " + radix; } }
为记录上一个n进制序列设计的一个类
System.out.print("请输入你接下来输入的数的进制:>"); int r = scanner.nextInt(); scanner.nextLine(); System.out.print("请输入整数对应的" + r + "进制数:> "); int number = scanner.nextInt(r); scanner.nextLine(); System.out.print("请输入你要转化为进制[2, 36]:> "); int radix = scanner.nextInt();//括号内输入radix,代表输入什么进制的 scanner.nextLine(); String string1 = Integer.toString(number, radix); System.out.println("转化成功:> " + string1); history.add(Integer.toString(number, r) + " = " + string1 + " (" + r + "->" + radix + ")"); prevNum.set(string1, radix);
进制转化（只限整数）
组件4区域4：
System.out.println(prevNum); System.out.print("请输入你要转化为进制[2, 36]:> "); int newRadix = scanner.nextInt(); scanner.nextLine(); String string2 = Integer.toString(prevNum.getValue(), newRadix); System.out.println("转化成功:> " + string2); history.add(prevNum.string + " = " + string2 + " (" + prevNum.radix + "->" + newRadix + ")"); prevNum.set(string2, newRadix);
获取上一次的n进制序列
组件5区域5：
System.out.println("================================================"); if(history.size() == 0) { System.out.println("空"); }else { for(String s : history) { System.out.println("💖 " + s); } } System.out.println("================================================");
查看历史记录
组件0区域6：
System.out.println("退出成功");
退出
组件defau区域7：
throw new 你他妈脑子异常(" 艹 ");
对不正当操作的抨击
测试
下面是手动结合机动运算检测：
这里我省略了
因为这一部分很接近0，省略一部分数导致的偏差。
复杂表达式验算成功！
文章到此结束！谢谢观看 ，关注我，看更多优质文章！
可以叫我 小马，我可能写的不好或者有错误，但是一起加油鸭🦆！
这是我的代码仓库！（在马拉圈的23.2里）代码仓库 ，计算器最终版仓库具体位置)
邮箱：2040484356@qq.com
就是因为优先级或者括号组在一起的式子。 ↩︎
