中缀表达式实现计算器

客官°小女子只卖身不卖艺 2021-07-24 15:30 455阅读 0赞

# 一 需求 #

使用中缀表达式实现计算器。

# 二 图解 #

# ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoZW5ncWl1bWluZw_size_16_color_FFFFFF_t_70][] #

# 三 代码 #

/**
     * @className: Calculator
     * @description: 中缀表达式实现计算器
     * @date: 2021/3/6
     * @author: cakin
     */
    public class Calculator {
        /**
         * 功能描述：中缀表达式实现计算器
         *
         * @param args 命令行
         * @author cakin
         * @date 2021/3/6
         */
        public static void main(String[] args) {
            // 待计算的表达式
            String expression = "7*2*2-5+1-5+3-4"; // 18
            // 创建两个栈：数栈、符号栈
            ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
            ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);
            // 定义需要的相关变量
            int index = 0; // 用于扫描
            int num1;
            int num2;
            int oper;
            int res;
            char ch = ' '; // 将每次扫描得到char保存到ch
            String keepNum = ""; // 用于拼接多位数
            // 扫描expression
            while (true) {
                // 依次得到 expression 的每一个字符
                ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0);
                // 当字符是运算符的处理
                if (operStack.isOper(ch)) {
                    // 判断当前的符号栈是否为空
                    if (!operStack.isEmpty()) {
                        // 如果符号栈有操作符，就进行比较,如果当前的操作符的优先级小于或者等于栈中的操作符,就需要从数栈中pop出两个数,
                        // 再从符号栈中pop出一个符号，进行运算，将得到结果入数栈，然后将当前的操作符入符号栈
                        if (operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
                            num1 = numStack.pop();
                            num2 = numStack.pop();
                            oper = operStack.pop();
                            res = numStack.cal(num1, num2, oper);
                            // 把运算的结果入数栈
                            numStack.push(res);
                            // 把操作符入符号栈
                            operStack.push(ch);
                        } else { // 如果当前的操作符的优先级大于栈中的操作符， 就直接入符号栈.
                            operStack.push(ch);
                        }
                    } else {
                        // 如果符号栈为空直接入符号栈
                        operStack.push(ch);
                    }
                } else { //如果是数，则直接入数栈
    				/*
                    多位数的分析思路：
                    1 当处理多位数时，不能发现是一个数就立即入栈，因为他可能是多位数
                    2 在处理数，需要向expression的表达式的index后再探一位,如果是数就进行扫描，如果是符号才入栈
                    3 因此需要定义一个变量字符串，用于拼接形成多位数
                    */
                    // 处理多位数
                    keepNum += ch;
                    // 如果ch已经是expression的最后一位，就直接入栈
                    if (index == expression.length() - 1) {
                        numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                    } else {
                        // 判断下一个字符是不是数字，如果是数字，就继续扫描，如果是运算符，则入栈
                        if (operStack.isOper(expression.substring(index + 1, index + 2).charAt(0))) {
                            // 如果后一位是运算符，则入栈
                            numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                            // 处理完后，keepNum要清空
                            keepNum = "";
                        }
                    }
                }
                // 让index + 1, 并判断是否扫描到expression最后.
                index++;
                if (index >= expression.length()) {
                    break;
                }
            }
    
            // 当表达式扫描完毕，就顺序的从数栈和符号栈中pop出相应的数和符号，并运算
            while (true) {
                // 如果符号栈为空，则计算到最后的结果, 数栈中只有一个数字，它就是结果
                if (operStack.isEmpty()) {
                    break;
                }
                num1 = numStack.pop();
                num2 = numStack.pop();
                oper = operStack.pop();
                res = numStack.cal(num1, num2, oper);
                numStack.push(res); // 入栈
            }
            // 将数栈的最后数出栈，它就是结果
            int res2 = numStack.pop();
            System.out.printf("表达式 %s = %d", expression, res2);
        }
    }
    
    /**
     * @className: ArrayStack2
     * @description: 栈定义
     * @date: 2021/3/6
     * @author: cakin
     */
    class ArrayStack2 {
        private int maxSize; // 栈的大小
        private int[] stack; // 数组，数组模拟栈，数据就放在该数组
        private int top = -1; // top表示栈顶，初始化为-1
    
        // 构造器
        public ArrayStack2(int maxSize) {
            this.maxSize = maxSize;
            stack = new int[this.maxSize];
        }
    
        // 返回当前栈顶的值
        public int peek() {
            return stack[top];
        }
    
        // 栈满
        public boolean isFull() {
            return top == maxSize - 1;
        }
    
        // 栈空
        public boolean isEmpty() {
            return top == -1;
        }
    
        // 入栈
        public void push(int value) {
            // 先判断栈是否满
            if (isFull()) {
                System.out.println("栈满");
                return;
            }
            top++;
            stack[top] = value;
        }
    
        // 出栈
        public int pop() {
            // 先判断栈是否空
            if (isEmpty()) {
                // 抛出异常
                throw new RuntimeException("栈空，没有数据~");
            }
            int value = stack[top];
            top--;
            return value;
        }
    
        // 栈顶开始显示数据
        public void list() {
            if (isEmpty()) {
                System.out.println("栈空，没有数据~~");
                return;
            }
            // 需要从栈顶开始显示数据
            for (int i = top; i >= 0; i--) {
                System.out.printf("stack[%d]=%d\n", i, stack[i]);
            }
        }
    
        // 返回运算符的优先级, 优先级使用数字表示，数字越大，则优先级就越高
        public int priority(int oper) {
            if (oper == '*' || oper == '/') {
                return 1;
            } else if (oper == '+' || oper == '-') {
                return 0;
            } else {
                return -1; // 假定目前的表达式只有 +, - , * , /
            }
        }
    
        // 判断是不是一个运算符
        public boolean isOper(char val) {
            return val == '+' || val == '-' || val == '*' || val == '/';
        }
    
        // 计算方法
        public int cal(int num1, int num2, int oper) {
            int res = 0; // res 用于存放计算的结果
            switch (oper) {
                case '+':
                    res = num1 + num2;
                    break;
                case '-':
                    res = num2 - num1; // 注意顺序
                    break;
                case '*':
                    res = num1 * num2;
                    break;
                case '/':
                    res = num2 / num1;
                    break;
                default:
                    break;
            }
            return res;
        }
    }

# 四 测试 #

表达式 7*2*2-5+1-5+3-4 = 18

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