Java怎么利用栈实现简易计算器功能

一、思路分析

当我们输入一个类似于“7*2+100-5+3-4/2”的简单中缀表达式时,我们的编译器能够利用我们所编写的代码将这个表达式扫描并计算出其结果

在这个表达式中主要有两种元素,一种是数字,一种是符号,那么我们就需要创建两个栈结构存储数据

  • 数栈numStack:存放数

  • Java利用栈实现简易计算器功能:

    符号栈operStack:存放运算符

1、首先我们需要定义一个index(索引),来遍历我们的表达式

2、如果扫描到一个数字,就直接入数栈

3、如果扫描到一个运算符,那就要分以下几种情况:

3.1、如果当前符号栈为空,就直接入栈

3.2、如果符号栈有运算符,就需要进行比较

如果当前运算符的优先级小于或等于栈中的运算符,就需要从数栈中pop出两个数,在符号栈中pop出一个符号,进行运算,得到结果,入数栈,然后将当前的操作符入符号栈

如果当前运算符的优先级大于栈中的运算符,就直接入符号栈

4、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,并进行计算

5、最后保留在数栈中的那个数字就是运算的结果

二、代码实现package com.hsy.stack;


public class Calculator {

public static void main(String[] args) {
//根据前面老师思路,完成表达式的运算
String expression = "
7*2+100-5+3-4/2"
;
//如何处理多位数的问题?
//创建两个栈,数栈,一个符号栈
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者等于栈中的操作符,就需要从数栈中pop出两个数,
//在从符号栈中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);

//把运算的结果如数栈
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);
// 1 + 3
}
} else { //如果是数,则直接入数栈

//numStack.push(ch - 48);
//? "
1+3"
'
1'
=>
1
//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
//注意是看后一位,不是index++
if (operStack.isOper(expression.substring(index+1,index+2).charAt(0))) {
//如果后一位是运算符,则入栈 keepNum = "
1"
或者 "
123"

numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));

//重要的!!!!!!, keepNum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,并运行.
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【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,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,直接使用前面创建好
//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[this.maxSize];

}

//增加一个方法,可以返回当前栈顶的值, 但是不是真正的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, 将栈顶的数据返回
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;

}
//显示栈的情况[遍历栈], 遍历时,需要从栈顶开始显示数据
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,优先级是程序员来确定, 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;

}

}

实现思路与栈的应用
计算器需要通过栈实现中缀表达式的转换为后缀表达式,并将后缀表达式经过求值得到结果。本段内容主要介绍计算器的实现思路和栈的应用。
栈的定义和实现
此段主要介绍栈的定义和实现,包括栈的基本操作和特性。介绍栈的实现可以采用数组或链表,讲解在Java中如何实现栈的创建、入栈、出栈等基本操作,同时介绍如何判断栈是否为空或满。
中缀表达式的转换
中缀表达式是人们熟悉的表达式形式,而计算机处理表达式的方式是使用逆波兰表达式。因此计算器需要将中缀表达式转换为逆波兰表达式才能进行计算。本段介绍中缀表达式转换为逆波兰表达式的算法和实现,包括使用栈实现的思路。
求值和输出结果
此段主要介绍逆波兰表达式经过求值得到结果的过程。包括如何根据运算符进行运算、如何处理表达式中的括号和一些基本的运算规则等。同时还介绍了最终将结果输出的方法,如如何保留小数的精度等。

Java使用栈实现简易计算器功能,通过栈的操作实现了中缀表达式转换为逆波兰表达式,再通过运算得到结果。本文详细介绍了实现思路和栈的基本操作及特性,帮助读者更好地了解栈的应用场合。同时,算法和实现的介绍,可以使 Java 初学者和编程爱好者快速掌握栈和简易计算器的相关知识。