栈实现综合计算器(中缀表达式)

ゞ浴缸里的玫瑰 2024-03-27 09:51 85阅读 0赞

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思路分析(图解)  
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代码实现

public class Calculator {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		// 根据前面老师思路，完成表达式运算
    		String expression = "3+2*6-2";
    		// 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 = 0;
    		int num2 = 0;
    		int oper = 0;
    		int res = 0;
    		char ch = ' ';// 将每次扫描得到的char保存到ch
    		String keepNum = "";// 用于拼接多位数
    		// 开始while循环的扫描expression
    		while (true) {
    			// 依次得到expression的每一个字符
    			ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0);
    			// 判断ch是什么，然后做相应的处理
    			if (operStack.isOper(ch)) {// 如果是运算符
    				// 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等于栈中的操作符，
    					// 就需要从数栈中pop出两个数，
    					// 在从栈中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);
    						// 然后将当前的操作符入符号栈
    						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 {
    					// 如果为空直接入符号栈..
    					operStack.push(ch);
    				}
    			} else {// 如果是数，则直接入数栈
    					// numStack.push(ch - 48);
    					// 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 后再看一位,如果是数就进行扫描，如果是符号才入栈
    					// 3. 因此我们需要定义一个变量 字符串，用于拼接
    
    				// 处理多位数
    				keepNum += ch;
    
    				// 如果 ch 已经是 expression
    				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))) {
    						// 如果是运算符，则入栈
    						numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
    						keepNum = "";
    					}
    				}
    			}
    			// 让index+1,并且判断是否扫描到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) {
    			// 如果符号为空，则计算到最后的结果，数栈中只有一个数字结果
    			if (operStack.isEmpty()) {
    				break;
    			}
    			num1 = numStack.pop();
    			num2 = numStack.pop();
    			oper = operStack.pop();
    			res = operStack.cal(num1, num2, oper);
    			// 把运算的结果入数栈
    			numStack.push(res);
    		}
    		// 将数栈的最后数，pop出，就是结果
    		int res2 = numStack.pop();
    		System.out.printf("表达式%s = %d", expression, res2);
    	}
    
    }
    
    //先创建一个栈，直接使用前面创好
    //定义一个ArrayStack2表示栈，需要扩展功能
    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[maxSize];
    	}
    
    	// 增加一个方法，可以返回当前栈项的值，但不是真正的pop
    	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-push
    	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-pop
    	public int pop() {
    		// 先判断栈是否空
    		if (isEmpty()) {
    			throw new RuntimeException("栈空，没有数据");
    		}
    		int value = stack[top];
    		top--;
    		return value;
    	}
    
    	// 显示栈的情况【遍历栈】，遍历时需从栈顶显示数据
    	public void list() {
    		// 先判断栈是否为空
    		if (isEmpty()) {
    			System.out.println("栈空，没有数据");
    			return;
    		}
    		// 遍历栈，遍历时需从栈顶显示数据
    		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，优先级是程序员来定的，优先级由数字来表示
    	// 数字越大则优先级越高
    	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;
    	}
    }

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