使用java代码编写栈来实现综合计算器(中缀表达式)

一、使用栈实现综合计算器思路

二、编写代码

2.1 编写ArrayStack2类

package point2;

/**
 * @description: 定义一个栈
 * @author: hyr
 * @time: 2020/1/21 19:58
 */
public 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。
    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("栈满");
            return;
        }
        top++;
        stack[top] = value;
    }

    // 出栈
    public int pop() {
        // 先判断栈是否为空
        if (isEmpty()) {
            //抛出异常
            throw new RuntimeException("栈空，没有数据。");
        }
        int value = stack[top];
        top--;
        return value;
    }

    // 遍历栈，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，优先级由人为确定，优先级用数字表示
    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;
    }
}

2.2 编写测试类

package point2;


/**
 * @description: 使用栈来实现综合计算器(中缀表达式)
 * @author: hyr
 * @time: 2020/1/21 20:23
 */
public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        // 待计算的表达式
        String expression = "7*2*2-5+1-5+3-4";
        // 创建两个栈，一个数栈，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，再从符号栈中pop出一个符号，进行计算，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);
                        // 将运算的结果入数栈
                        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
                // 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，因为它可能是多位数。
                // 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String变量，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
                    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));
                        // 切记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
        }
        // 将数栈的最后的数字，pop出，就是结果
        int res2 = numStack.pop();
        System.out.printf("表达式 %s=%d",expression,res2);
    }
}

2.3 代码运行结果

表达式 7*2*2-5+1-5+3-4=18