使用Java代码实现使用栈来完成简单的加减乘除表达式的计算。
实现思想:
1.使用数组来模拟栈
2.创建俩个栈,一个数栈:用来存放数据,一个符号栈:用来存放运算符。
3.在数组模拟实现栈的方法的基础上增加新的方法,用于计算运算符优先级的方法,用于返回栈顶的值的方法,用于判断是否是运算符的方法,用于计算结果的方法。
4.给定一个字符串,对字符串的每个字符进行判断
5.先判断是数字还是运算符,然后压入对应的栈中
6.如果是运算符,在压入栈中的时候需要与栈中运算符(如果栈中有运算符的话)进行优先级比较
7.如果优先级大于栈中运算符的优先级,则将该运算符压入栈中,反之,使用计算方法,将数栈中的俩个元素出栈,符号栈的一个元素出栈,按照对应的方式进行计算,然后再将计算结果压入数栈中,再次对运算符与符号栈中的运算符进行比较,直到优先级大于符号栈中运算符的优先级或者符号栈为空时,将该运算符压入栈中
8.当表达式中所有字符扫描完毕后,数栈中剩余俩个元素,符号栈中剩余一个运算符,最后进行一次运算得出结果
Java代码实现:
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
//用栈完成表达式的运算
//处理一位俩位数的+、-、*、/运算!!!!!
String expression = "51-3*5-1-10";
//创建俩个栈,数栈、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,判断扫描的位置是否为字符串的最后位置
int num1 = 0;
int num2 = 0;
int oper = 0;//运算符
int res = 0;//计算返回的结值
char ch =' ';//将每次扫描到的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);
//判断截取的ch是什么,符号还是数字,做出相应的处理
if(operStack.isOper(ch)) {
//如果是运算符
//要先判断符号栈是否为空
if(!operStack.isEmpty()) {
//如果符号栈有操作符在栈中,就进行优先级比较
//如果当前符号的优先级小于等于栈中符号的优先级,则需要从数栈中pop出俩个数
//将符号栈中的较高的优先级的符号pop出,将俩个值进行相应的计算
//然后再将计算出的结果压入数栈
if(operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
num1 = numStack.pop();
num2 = numStack.pop();
oper = operStack.pop();
res = numStack.cal(num1, num2, oper);
//把运算的结果入数栈
numStack.push(res);
//然后将当前的操作符入符号栈
//!!!!这个时候的运算符还需要再次和栈中运算符进行比较
if(!operStack.isEmpty()) {
if(operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
num1 = numStack.pop();
num2 = numStack.pop();
oper = operStack.pop();
res = numStack.cal(num1, num2, oper);
//把运算的结果入数栈
numStack.push(res);
//将符号入栈
operStack.push(ch);
}
}else {
//如果为空栈,则直接入栈
operStack.push(ch);
}
}else {
//如果当前操作符的优先级大于栈中操作符的优先级,则直接入栈
operStack.push(ch);
}
}else {
//如果为空栈,则直接入栈
operStack.push(ch);
}
}else {
//如果为数字,则直接入栈
//numStack.push(ch - 48);
//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,因为可能是多位数
* 2.在处理数的时候,需要向expression的表达式的index后再看一位,如果是数则进行拼接,如果是符号则入栈
* 3.因此需要一个变量 字符串 用于拼接
*/
// 处理多位数
keepNum += ch;
// 如果ch已经是最后一位,则不需要判断
if (index == expression.length() - 1) {
numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
} else {
// 判断下一个字符是不是数字,如果是则继续扫描,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));
// 入栈后,用于拼接的变量需要清空
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,符号栈就只剩一个符号,最后进行一次出栈并计算
num1 = numStack.pop();
num2 = numStack.pop();
oper = operStack.pop();
res = numStack.cal(num1, num2, oper);
numStack.push(res);//结果入栈
System.out.println("表达式"+expression+"的结果为:"+res);
}
}
//先创建一个ArrayStack类
class ArrayStack2{
private int maxSize;//栈的大小
private int[] stack;//数组,数组模拟栈数据就放在数组里
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];
}
//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("栈已经满了!");
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("栈为空!!!");
}
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("栈为空,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\t",i,stack[i]);
}
}
//返回运算符的优先级,优先级是程序员来确定,优先级使用数字来确定
//数字越大,表示优先级越高
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+,-,*,/
}
}
//返回当前栈顶的值
public int peek() {
return stack[top];
}
//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;//用于存放计算的结果
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;
}
}