[Java数据结构][5]Java通过站实现简易计算器

[Java数据结构][5]Java通过站实现简易计算器

原理讲解

Java栈的实现通过扫描表达式文本
在我们之前栈的基础上，创建数栈和符号栈，通过上图的讲解，完成简易的计算器(10以内的数字，且目前仅限±*/）（后有升级版，多位数）

新增的方法

1.返回栈顶元素，用于之后不取出的比较

    /*
    返回当前栈顶的值，但不是真的pop
     */
    public int peek() {
        return stack[top];
    }

2. 返回运算符的优先级,数字越大，优先级越高

/*
    返回运算符的优先级,数字越大，优先级越高
     */
    public int priority(int oper) {
        if (oper == '*' || oper == '/') {
            return 1;
        } else if (oper == '+' || oper == '-') {
            return 0;
        } else {
            //假定只有加减乘除
            return -1;
        }
    }

3.判断是否是一个运算符

/*
    判断是否是一个运算符
     */
    public boolean isOper(char val) {
        return val == '+' || val == '-' || val == '*' || val == '/';
    }

4. 计算

 /*
    计算方法
     */
    public int cal(int num1, int num2, int oper) {
        int res = 0; //存储计算结果
        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; //注意顺序
            default:
                break;
        }
        return res;
    }

完整代码(含有详细注释）实现

public class Caculator {
    public static void main(String[] args) {
        String expression = "3+2*6-1";
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);

        //扫描所需索引
        int index = 0;
        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

        //开始while循环扫描expression
        while (true) {
            ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0);
            //判断ch是什么，做相应处理

            //如果是运算符
            if (operStack.isOper(ch)) {
                if (!operStack.isEmpty()) {
                    //如果符号栈有操作，则进行比较，如果当前符号优先级小于或等于栈中栈中的操作符，就需要从数栈中pop两个数
                    //再从符号栈中pop出一个运算符号进行运算，将得到结果入数栈，然后再将当前的操作符号人符号栈
                    if (operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        res = numStack.cal(num1, num2, oper);

                        //运算结果入数栈
                        numStack.push(res);
                        //当前操作符入符号栈
                        operStack.push(ch);
                    } else {
                        //如果当前操作符的优先级大于栈中的操作符，就直接入栈
                        operStack.push(ch);
                    }
                } else {
                    //如果为空直接入栈
                    operStack.push(ch);
                }
            } else {
                //如果是数则直接入数栈
                numStack.push(ch - 48); //根据ASCII码
            }
            index++;
            if (index >= expression.length()) {
                break;
            }
        }
        //当表达式扫描完毕，就顺序的从数栈中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
            if (operStack.isEmpty()) {
                break;
            }
            num1 = numStack.pop();
            num2 = numStack.pop();
            oper = operStack.pop();
            res = numStack.cal(num1, num2, oper);
            numStack.push(res);//入栈
        }
        //将数栈最后的数pop
        System.out.printf("表达式%s = %d", expression, numStack.pop());
    }
}

/*
定义一个类表示栈
*/
class ArrayStack2 {
    private int maxSize; //栈的大小
    private int[] stack; //数组模拟栈，数据放在该数组中
    private int top = -1; //top 表示栈底，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，但不是真的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
     */
    public void push(int value) {
        //先判断栈是否满
        if (isFull()) {
            System.out.println("栈已满~~");
            return;
        }
        top++;
        stack[top] = value;
    }

    /*
    出栈,将栈顶的数据返回
     */
    public int pop() {
        //先判断是否为空
        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
     */
    public void list() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("栈空,没有数据");
            return;
        }
        //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,数字越大，优先级越高
     */
    public int priority(int oper) {
        if (oper == '*' || oper == '/') {
            return 1;
        } else if (oper == '+' || oper == '-') {
            return 0;
        } else {
            //假定只有加减乘除
            return -1;
        }
    }

    /*
    判断是否是一个运算符
     */
    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; //存储计算结果
        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; //注意顺序
            default:
                break;
        }
        return res;
    }
}

多位数的四则运算

原理很简单，只要添加一个判断，如果扫描的下一位仍是数字则继续扫描，如果是符号则入数栈，我们接下来在main中修改相应代码即可

定义一个keepNum

String keepNum = "";//用于拼接多位数

在原先数字入栈的地方修改

                //考虑是否是多位数，不能发现是一个数就立马入数栈，因为他可能是多位数
                //所以我们需要往后多看一位，如果是数就继续扫描，如果不是则入数栈

                // 处理多位数
                keepNum += ch;
                //如果ch已经是expression的最后一位，则直接入栈
                if (index == expression.length() - 1) {
                    numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                } else {
                    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));

                        //keepNum清空
                        keepNum = "";
                    }
                }

完整的main

    public static void main(String[] args) {
        String expression = "800*2-20*6-1";
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);

        //扫描所需索引
        int index = 0;
        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循环扫描expression
        while (true) {
            ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0);
            //判断ch是什么，做相应处理

            //如果是运算符
            if (operStack.isOper(ch)) {
                if (!operStack.isEmpty()) {
                    //如果符号栈有操作，则进行比较，如果当前符号优先级小于或等于栈中栈中的操作符，就需要从数栈中pop两个数
                    //再从符号栈中pop出一个运算符号进行运算，将得到结果入数栈，然后再将当前的操作符号人符号栈
                    if (operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        res = numStack.cal(num1, num2, oper);

                        //运算结果入数栈
                        numStack.push(res);
                        //当前操作符入符号栈
                        operStack.push(ch);
                    } else {
                        //如果当前操作符的优先级大于栈中的操作符，就直接入栈
                        operStack.push(ch);
                    }
                } else {
                    //如果为空直接入栈
                    operStack.push(ch);
                }
            } else {
                //考虑是否是多位数，不能发现是一个数就立马入数栈，因为他可能是多位数
                //所以我们需要往后多看一位，如果是数就继续扫描，如果不是则入数栈

                // 处理多位数
                keepNum += ch;
                //如果ch已经是expression的最后一位，则直接入栈
                if (index == expression.length() - 1) {
                    numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                } else {
                    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));

                        //keepNum清空
                        keepNum = "";
                    }
                }
            }
            index++;
            if (index >= expression.length()) {
                break;
            }
        }
        //当表达式扫描完毕，就顺序的从数栈中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
            if (operStack.isEmpty()) {
                break;
            }
            num1 = numStack.pop();
            num2 = numStack.pop();
            oper = operStack.pop();
            res = numStack.cal(num1, num2, oper);
            numStack.push(res);//入栈
        }
        //将数栈最后的数pop
        System.out.printf("表达式%s = %d", expression, numStack.pop());
    }

执行案例

表达式800*2-20*6-1 = 1481