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栈实现综合计算器

要求：实现一个计算器，能进行加减乘除的基本运算。这一篇先不讲带小括号的情况，下一篇再讲喔~~

例子

3+2*6-2

图形分析

自左向右扫描表达式，凡是遇到操作数一律进数栈，遇到符号数进符号栈。

思路分析

1.通过一个index值（索引）,来遍历我们的表达式

2.如果我们发现是一个数字,就直接入栈

3.如果发现扫描到是一个符号,就分如下情况：

3.1如果发现当前的符号栈为空，就直接入栈

3.2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，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

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，并运行.

5.最后在数栈只有一个数字,就是表达式的结果

代码实现

1.先实现一位数的运算

就严格按照上述说的思路一步一步来写代码

代码实现

    public static void main(String[] args) {
        //根据前面思路，完成表达式
        String expression = "3+2*6-4";
        //创建两个栈，数栈，符号栈
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);
        //定义相关变量
        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);
            //ch = expression.charAt(index);//我的思路
            //判断ch是什么，然后做相应处理
            if(operStack.isOper(ch)) {//如果是运算符
                //判断当前的符号栈是否为空
                //如果不为空
                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
                    if(operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())){
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        res = numStack.cal(num1,num2,oper);
                        //将当前的结果入栈
                        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
                        operStack.push(ch);
                    }
                } else {
                    //如果为空直接入栈
                    operStack.push(ch);
                }
            } else {//如果是数，直接入数栈
                numStack.push(ch - 48);//"1 + 3" 得到的是'1' 是ASCII码
            }
            //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){
            if(operStack.isEmpty()){
                break;
            }
            num1 = numStack.pop();
            num2 = numStack.pop();
            oper = operStack.pop();
            res = numStack.cal(num1,num2,oper);
            numStack.push(res);
        }
        int res2 = numStack.pop();
        System.out.printf("表达式 %s = %d",expression,res2);
    }
}

//先创建一个栈
class ArrayStack2{
    private int maxSize;
    private int[] stack;
    private int top = -1;

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

    //查看栈顶元素，而不是pop出
    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){
        if(isFull()){
            System.out.println("栈满，不能入栈~~");
            return;
        }
        top++;
        stack[top] = value;
    }

    //出栈
    public int pop(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("栈空，没有数据~~");
        }
        int value = stack[top];
        top--;
        return value;
    }
    
    //返回运算符的优先级，由程序员确定,优先级越高，返回的值越大
    public int priority(int oper){
        if(oper == '*' || oper == '/'){
            return 1;
        } else if(oper == '+' ||oper =='-'){
            return 0;
        }else return -1;
    }

    //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;//用于存放计算结果
        switch (oper){
            case '+':
                res = num1 + num2;
                break;
            case '-':
                res = num2 - num1;
                break;
            case '*':
                res = num1 *num2;
                break;
            case '/':
                res = num2 / num1;
                break;
            default:
                break;
        }
        return res;
    }
}

结果

2.拓展多位数的运算

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

2.在处理数时，需要向expression的表达式的index后再看一位，如果是数就继续扫描，否则入栈

3.因此我们需要定义一个变量字符串(这里用keepNum)，用于拼接

代码实现

public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        //根据前面思路，完成表达式
        String expression = "30+2*6-4";
        //创建两个栈，数栈，符号栈
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(10);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(10);
        //定义相关变量
        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);
            //ch = expression.charAt(index);//我的思路
            //判断ch是什么，然后做相应处理
            if(operStack.isOper(ch)) {//如果是运算符
                //判断当前的符号栈是否为空
                //如果不为空
                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
                    if(operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())){
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        res = numStack.cal(num1,num2,oper);
                        //将当前的结果入栈
                        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
                        operStack.push(ch);
                    }
                } else {
                    //如果为空直接入栈
                    operStack.push(ch);
                }
            } else {//如果是数，直接入数栈
                
                keepNum += ch;

                //如果ch已经是expression的最后以为，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，如果是运算符就入栈
                    //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keepnNum = "1" 还要将keepNum转换为整型
                        numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                        //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){
            if(operStack.isEmpty()){
                break;
            }
            num1 = numStack.pop();
            num2 = numStack.pop();
            oper = operStack.pop();
            res = numStack.cal(num1,num2,oper);
            numStack.push(res);
        }
        int res2 = numStack.pop();
        System.out.printf("表达式 %s = %d",expression,res2);
    }
}

//先创建一个栈
class ArrayStack2{
    private int maxSize;
    private int[] stack;
    private int top = -1;

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

    //查看栈顶元素，而不是pop出
    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){
        if(isFull()){
            System.out.println("栈满，不能入栈~~");
            return;
        }
        top++;
        stack[top] = value;
    }

    //出栈
    public int pop(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("栈空，没有数据~~");
        }
        int value = stack[top];
        top--;
        return value;
    }

    //返回运算符的优先级，由程序员确定,优先级越高，返回的值越大
    public int priority(int oper){
        if(oper == '*' || oper == '/'){
            return 1;
        } else if(oper == '+' ||oper =='-'){
            return 0;
        }else return -1;
    }

    //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;//用于存放计算结果
        switch (oper){
            case '+':
                res = num1 + num2;
                break;
            case '-':
                res = num2 - num1;
                break;
            case '*':
                res = num1 *num2;
                break;
            case '/':
                res = num2 / num1;
                break;
            default:
                break;
        }
        return res;
    }
}

结果