Java怎么利用棧實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易計(jì)算器功能

這篇文章主要介紹了Java怎么利用棧實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易計(jì)算器功能的相關(guān)知識(shí)，內(nèi)容詳細(xì)易懂，操作簡(jiǎn)單快捷，具有一定借鑒價(jià)值，相信大家閱讀完這篇Java怎么利用棧實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易計(jì)算器功能文章都會(huì)有所收獲，下面我們一起來(lái)看看吧。

一、思路分析

當(dāng)我們輸入一個(gè)類似于“7*2+100-5+3-4/2”的簡(jiǎn)單中綴表達(dá)式時(shí)，我們的編譯器能夠利用我們所編寫(xiě)的代碼將這個(gè)表達(dá)式掃描并計(jì)算出其結(jié)果

在這個(gè)表達(dá)式中主要有兩種元素，一種是數(shù)字，一種是符號(hào)，那么我們就需要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)棧結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

• 數(shù)棧numStack：存放數(shù)

• 符號(hào)棧operStack：存放運(yùn)算符

1、首先我們需要定義一個(gè)index（索引），來(lái)遍歷我們的表達(dá)式

2、如果掃描到一個(gè)數(shù)字，就直接入數(shù)棧

3、如果掃描到一個(gè)運(yùn)算符，那就要分以下幾種情況：

3.1、如果當(dāng)前符號(hào)棧為空，就直接入棧

3.2、如果符號(hào)棧有運(yùn)算符，就需要進(jìn)行比較

如果當(dāng)前運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)小于或等于棧中的運(yùn)算符，就需要從數(shù)棧中pop出兩個(gè)數(shù)，在符號(hào)棧中pop出一個(gè)符號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算，得到結(jié)果，入數(shù)棧，然后將當(dāng)前的操作符入符號(hào)棧

如果當(dāng)前運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)大于棧中的運(yùn)算符，就直接入符號(hào)棧

4、當(dāng)表達(dá)式掃描完畢，就順序的從數(shù)棧和符號(hào)棧中pop出相應(yīng)的數(shù)和符號(hào)，并進(jìn)行計(jì)算

5、最后保留在數(shù)棧中的那個(gè)數(shù)字就是運(yùn)算的結(jié)果

二、代碼實(shí)現(xiàn)

package com.hsy.stack;

public class Calculator {

    public static void main(String[] args) {
        //根據(jù)前面老師思路，完成表達(dá)式的運(yùn)算
        String expression = "7*2+100-5+3-4/2";//如何處理多位數(shù)的問(wèn)題？
        //創(chuàng)建兩個(gè)棧，數(shù)棧，一個(gè)符號(hào)棧
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);
        //定義需要的相關(guān)變量
        int index = 0;//用于掃描
        int num1 = 0;
        int num2 = 0;
        int oper = 0;
        int res = 0;
        char ch = ' '; //將每次掃描得到char保存到ch
        String keepNum = ""; //用于拼接 多位數(shù)
        //開(kāi)始while循環(huán)的掃描expression
        while(true) {
            //依次得到expression 的每一個(gè)字符
            ch = expression.substring(index, index+1).charAt(0);
            //判斷ch是什么，然后做相應(yīng)的處理
            if(operStack.isOper(ch)) {//如果是運(yùn)算符
                //判斷當(dāng)前的符號(hào)棧是否為空
                if(!operStack.isEmpty()) {
                    //如果符號(hào)棧有操作符，就進(jìn)行比較,如果當(dāng)前的操作符的優(yōu)先級(jí)小于或者等于棧中的操作符,就需要從數(shù)棧中pop出兩個(gè)數(shù),
                    //在從符號(hào)棧中pop出一個(gè)符號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算，將得到結(jié)果，入數(shù)棧，然后將當(dāng)前的操作符入符號(hào)棧
                    if(operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        res = numStack.cal(num1, num2, oper);
                        //把運(yùn)算的結(jié)果如數(shù)棧
                        numStack.push(res);
                        //然后將當(dāng)前的操作符入符號(hào)棧
                        operStack.push(ch);
                    } else {
                        //如果當(dāng)前的操作符的優(yōu)先級(jí)大于棧中的操作符， 就直接入符號(hào)棧.
                        operStack.push(ch);
                    }
                }else {
                    //如果為空直接入符號(hào)棧..
                    operStack.push(ch); // 1 + 3
                }
            } else { //如果是數(shù)，則直接入數(shù)棧

                //numStack.push(ch - 48); //? "1+3" '1' => 1
                //分析思路
                //1. 當(dāng)處理多位數(shù)時(shí)，不能發(fā)現(xiàn)是一個(gè)數(shù)就立即入棧，因?yàn)樗赡苁嵌辔粩?shù)
                //2. 在處理數(shù)，需要向expression的表達(dá)式的index 后再看一位,如果是數(shù)就進(jìn)行掃描，如果是符號(hào)才入棧
                //3. 因此我們需要定義一個(gè)變量 字符串，用于拼接

                //處理多位數(shù)
                keepNum += ch;

                //如果ch已經(jīng)是expression的最后一位，就直接入棧
                if (index == expression.length() - 1) {
                    numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                }else{

                    //判斷下一個(gè)字符是不是數(shù)字，如果是數(shù)字，就繼續(xù)掃描，如果是運(yùn)算符，則入棧
                    //注意是看后一位，不是index++
                    if (operStack.isOper(expression.substring(index+1,index+2).charAt(0))) {
                        //如果后一位是運(yùn)算符，則入棧 keepNum = "1" 或者 "123"
                        numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                        //重要的!!!!!!, keepNum清空
                        keepNum = "";

                    }
                }
            }
            //讓index + 1, 并判斷是否掃描到expression最后.
            index++;
            if (index >= expression.length()) {
                break;
            }
        }

        //當(dāng)表達(dá)式掃描完畢，就順序的從 數(shù)棧和符號(hào)棧中pop出相應(yīng)的數(shù)和符號(hào)，并運(yùn)行.
        while(true) {
            //如果符號(hào)棧為空，則計(jì)算到最后的結(jié)果, 數(shù)棧中只有一個(gè)數(shù)字【結(jié)果】
            if(operStack.isEmpty()) {
                break;
            }
            num1 = numStack.pop();
            num2 = numStack.pop();
            oper = operStack.pop();
            res = numStack.cal(num1, num2, oper);
            numStack.push(res);//入棧
        }
        //將數(shù)棧的最后數(shù)，pop出，就是結(jié)果
        int res2 = numStack.pop();
        System.out.printf("表達(dá)式 %s = %d", expression, res2);
    }

}

//先創(chuàng)建一個(gè)棧,直接使用前面創(chuàng)建好
//定義一個(gè) ArrayStack2 表示棧, 需要擴(kuò)展功能
class ArrayStack2 {
    private int maxSize; // 棧的大小
    private int[] stack; // 數(shù)組，數(shù)組模擬棧，數(shù)據(jù)就放在該數(shù)組
    private int top = -1;// top表示棧頂，初始化為-1

    //構(gòu)造器
    public ArrayStack2(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        stack = new int[this.maxSize];
    }

    //增加一個(gè)方法，可以返回當(dāng)前棧頂?shù)闹? 但是不是真正的pop
    public int peek() {
        return stack[top];
    }

    //棧滿
    public boolean isFull() {
        return top == maxSize - 1;
    }
    //棧空
    public boolean isEmpty() {
        return top == -1;
    }
    //入棧-push
    public void push(int value) {
        //先判斷棧是否滿
        if(isFull()) {
            System.out.println("棧滿");
            return;
        }
        top++;
        stack[top] = value;
    }
    //出棧-pop, 將棧頂?shù)臄?shù)據(jù)返回
    public int pop() {
        //先判斷棧是否空
        if(isEmpty()) {
            //拋出異常
            throw new RuntimeException("棧空，沒(méi)有數(shù)據(jù)~");
        }
        int value = stack[top];
        top--;
        return value;
    }
    //顯示棧的情況[遍歷棧]， 遍歷時(shí)，需要從棧頂開(kāi)始顯示數(shù)據(jù)
    public void list() {
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("棧空，沒(méi)有數(shù)據(jù)~~");
            return;
        }
        //需要從棧頂開(kāi)始顯示數(shù)據(jù)
        for(int i = top; i >= 0 ; i--) {
            System.out.printf("stack[%d]=%d\n", i, stack[i]);
        }
    }
    //返回運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)是程序員來(lái)確定, 優(yōu)先級(jí)使用數(shù)字表示
    //數(shù)字越大，則優(yōu)先級(jí)就越高.
    public int priority(int oper) {
        if(oper == '*' || oper == '/'){
            return 1;
        } else if (oper == '+' || oper == '-') {
            return 0;
        } else {
            return -1; // 假定目前的表達(dá)式只有 +, - , * , /
        }
    }
    //判斷是不是一個(gè)運(yùn)算符
    public boolean isOper(char val) {
        return val == '+' || val == '-' || val == '*' || val == '/';
    }
    //計(jì)算方法
    public int cal(int num1, int num2, int oper) {
        int res = 0; // res 用于存放計(jì)算的結(jié)果
        switch (oper) {
            case '+':
                res = num1 + num2;
                break;
            case '-':
                res = num2 - num1;// 注意順序
                break;
            case '*':
                res = num1 * num2;
                break;
            case '/':
                res = num2 / num1;
                break;
            default:
                break;
        }
        return res;
    }

}

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