科学计算器JAVA.docx

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科学计算器JAVA

一、综合训练目的与要求

1.巩固和加深对课堂所学知识的理解与应用；

2.学习掌握一般的软件的设计方法和查阅、运用资料的能力；

3.掌握JAVA程序设计语言，面向对象的软件设计思想、方法。

二、综合训练任务

1.设计一个简易的计算器；

功能要求：

能实现基本的加、减、乘、除运算，以及表达式计算（加减乘除括号负号）；二、八、十、十六进制间的相互转化，带符号的左移右移；逻辑与或非异或的运算；

其他功能：

开方、求倒数、化百分数、求平方、求立方、求x的y次方、求阶乘、取余、取整（取小数点之前的）、求常用对数、求三角函数；界面简洁适用。

2.设计任务要完成设计、编码、测试等过程，给出设计思路、主要的代码及其说明。

3.整个过程要体现面向对象的思想。

三、总体设计

主界面设计图（见附录1）

四、详细设计说明

（一）界面设计：

1.先将窗体分为两大块，添加菜单栏，在菜单栏中添加菜单，在菜单中添加菜单项；均以数组的形式添加；

2.第二块添加文本显示框于窗体北部，令添加一个面板jp于窗体中心，将这个面板布局为边界布局管理器，分为上下两部分，上部分jpup添加到该面板北部，下部分jpdown添加到jp面板中心;

3.将jpup面板布局为一行两列的网格布局管理器，在左边添加面板jp1,在右边添加面板jp2，jp1面板中放四个按钮，分别为四种进制，用来控制进制转换。

jp2面板中放七个按钮，分别为三个控制角度弧度梯度转换的，四字、双字、单字、字节按钮，控制输入的二进制位数;

4.将jpdown面板布局为一行两列的网格布局管理器。

将jp3面板和jp4面板分别添加进去。

jp3和jp4面板均设为边界布局管理器。

5.将jp5面板和jp6面板分别加入jp3面板的北部和中部；jp5面板中放两个复选框和两个文本框（做填充效果，不可编辑）；

6.将jp6面板布局为五行五列的网格布局管理器，以数组的方式添加25个按钮jb1[i]=newJButton（s1[i]）;

7.将jp7和jp8分别添加到jp4面板的北部和中部,jp7面板里添加四个按钮，第一个是用来做填充效果的按钮，其余三个分别是（Back）退格、（CE）清除、（C）清除。

8.将jp8面板布局为五行六列的网格布局管理器，，以数组的方式添加25个按钮jb2[i]=newJButton（s2[i]）。

（二）添加动作监听事件：

1.对菜单添加事件：

当点击三个菜单（编辑、查看、帮助），会显示对应的下拉菜单；当点击编辑菜单中的复制时，条用copy函数；当点击编辑菜单中的粘贴时，调用paste函数；当点击查看菜单中的标准从科学计算器回到简易计算器界面，此实现时通过隐藏jpup面板和jp3面板，然后调整窗体大小，即可实现面板收起的效果。

当点击科学的时候又回到科学计算器界面。

当点击菜单中的进制按钮时，某种进制中没有的数值将被屏蔽掉。

当点击帮助时会看到关于计算器，此时点击会弹出关于记事本的帮助文档。

2.对按钮添加事件：

设置一个全局变量append，判断是追加（true）还是替换（false）;

对于数字键，采用字符串中的indexOf函数，如果点击的按钮值能在“0123456789”中找到，则有对应位置返回值，如果找不到，则返回值为-1;

当点击小数点时，判断文本框中的最后一位是不是小数点，如果是，截取掉，如果不是添加一个小数点；

当点击正负号时，判断文本框中的最后一位是不是负号，如果是，截取掉，如果不是添加一个负号；

当点击加减乘除运算符号时，可追加；当点击等号时显示表达式结果，并且将全局变量置为false，此时输入只能替换。

3.对左半边按钮添加事件：

当点击正弦、余弦、正切按钮时，调用Math类里面的正弦、余弦、正切函数；当点击求平方、立方按钮（点击后append置为false）时，将文本框里的字符串转换为double型，进行平方、立方，重设为文本框内容；当点击求倒数按钮时，先判断其是不是0，是0不能求倒数，如果是1，倒数直接置为1，如果不是0或1，则转为double值，用1除以该值。

当点击求阶乘的按钮时，获取文本，调用Convert类中的求阶乘的函数；当点击pi或e是文本框里显示圆周率或自然指数e的值；当点击log或ln时，调用Math里面的对应函数；当点击左移或右移时，append被置为false，等待输入左移或右移的位数，当点击了等号后，调用Convert类里的左移或右移函数；设置一个全局变量prestatu，默认值为1，代表10进制，0代表十六进制，2代表八进制，3代表二进制，当点击某种进制按钮时，如果文本框不空，会将文本框里的字符串做相应处理，在根据prestatu的值确定从哪个状态装换为此进制，调用Convert类里对应的进制装换函数，做完后将prestatu的状态值改为当前状态值,作为下一次判断从哪种进制向哪种进制转换的依据；当点击求x的y次方按钮时，此时输入替换第一操作数，点击等号后，调用Math类里的pow函数；

4.对右半边按钮添加事件：

当点击数字按钮或加减乘除及括号正负号按钮，本系统将判断其是否合法，若合法，在点击等号后调用Compute类的计算函数，计算完成后，将值传回，替换表达式；当点击Mod（取余）时等待输入的第二参数将替换第一参数，点击等号后，调用BigInteger类里的mod函数，显示余数;当点击Int时将文本框里的小数点后的字符串省略掉，达到取整的效果。

（三）、表达式求值：

将文本框中的合法的表达式（此时是字符串）传入Calculate函数；

当表达式字符串传进来之后，先正确拆分表达式（如3.5要作为一个操作数一起拆出来）存储于input数组中。

这个拆分主要是利用String类里的substring函数，以运算符为边界，当发现运算符时，截取该位与上一个运算符之间的数作为一个操作数，同时截取该操作符。

正确截取结束后，遍历input数组，若是数字，直接进入post数组。

若是左括号直接入栈。

若是右括号，采用while循环判断栈顶是不是左括号，如果不是，将栈顶元素出栈放入post数组中，如过栈顶是左括号，则直接出栈。

如果是加减乘除，先判断栈是否空，如果栈空则直接入栈，采用while循环判断，如果栈不空且栈顶元素优先级高于当前input[i]的优先级且栈顶不是左括号时，将栈顶元素出栈放入post数组中，当while循环条件不成立时，直接入栈。

（四）进制转换：

通过一组单选按钮控制进制间的转换，转换思路：

二进制、八进制、十六进制向十进制转换时调用我写的函数XTOD（Strings,intn），s为要转化的数，n代表从n进制转换为十进制。

采用for循环遍历s字符串，每次从后截取字符串的每一位，判断是不是十六进制中的特殊字母，如果是换为对应的数值与Math.pow（n,i）相乘，如果不是则使用Integer.parseInt（s）将截取的元素换为int型与Math.pow（n,i）相乘；在函数开始设置一个变量sum，在for循环内部设置临时变量a存储每次的结果，循环一次执行一次sum=sum+a;最后for循环结束后,将sum转换为字符串传回。

当十进制想其他进制转换时，调用相应的函数。

转换思路：

先判断这个数与要转化的基数，如果小于基数，直接保存起来，如果不是，设置一个变量记录除的次数s，用while循环判断概述如果大于等于基数，则用它除以基数，s++,循环结束之后创建数组长度为s的数组，用来存放余数。

最后倒序遍历数组，链接成字符串返回。

（五）左右移位：

左移位：

<<，有符号的移位操作

左移操作时将运算数的二进制码整体左移指定位数，左移之后的空位用0补充

右移位：

>>，有符号的移位操作

右移操作是将运算数的二进制码整体右移指定位数，右移之后的空位用符号位补充，如果是正数用0补充，负数用1补充。

对于左移：

先以要移位的字符串长度创建一个String型数组，我令数组长度为length，然后根据移位的位数n，采用for循环将原字符串的前length-n位循环拷贝到新建的数组的前length-n位，在剩余的数组位置添加0。

最后遍历数组，连接字符串返回。

对于右移：

先以要移位的字符串长度创建一个String型数组，我令数组长度为length，先判断第一位是1还是0，如果是1，采用for循环，当i是小于要右移的位数时，则在新建的数组中填1；当i大于等于要右移的位数时，则截取原字符串的前n位填入新建数组的后length-n位中。

如果第一位是0，则在前n为填0，其他一样。

（六）逻辑与或非异或：

比较两个字符串的每一位，或运算：

若有一个是1，则或运算为1，否则为0；与运算：

若有一个为0，则为0，否则为1；异或运算：

若两个字符串对应位不同，则为1，否则为0；取反运算，将0换为1，将1换为0；以上这些均在for循环中进行，每次循环都会更新结果字符串，最后将结果字符串返回。

当然在进行与运算前，考虑两个字符串长度，把左边多出来的部分舍弃，因为多出来的部分相当于与0对齐。

（其实，严格来说，应该按照机器中二进制表示的位数来确定的）；对于或运算和异或运算前，也要考虑字符串长度。

将多出来的部分进行循环遍历，如果是0则在结果字符串中加上0；如果是1则在结果字符串中加1；因为1或0运算是1,1异或0运算时1,0或0,0异或0都是0.

五、调试与测试

1.标准计算器界面：

点击查看菜单中的标准即可跳转到此界面。

2.科学计算器界面:

点击查看菜单中的科学即可跳转到此界面。

3.表达式求值测试：

用户用鼠标点击按钮或键盘输入表达式，点击等号后，会验证表达式是否合法，如果不合法会提醒用户检查修改；如果合法则计算后用结果替代表达式。

结果显示：

表达式测试2：

表达式中有负号时，用正负号或减号都可以。

结果显示：

表达式求值测试2：

表达式中有小数的

结果显示：

表达式测试3：

结果显示：

表达式验证：

进制转化测试：

十进制转化为八进制

八进制转换为二进制：

二进制转换十六进制：

四种进制之间的相互转换均已实现。

本系统的缺陷是：

对于小数不能实现进制转换。

没有实现科学计算器的统计功能。

左右移位、与或非异或运算也实现了，但是没有考虑机器中二进制的表示位数。

六、实习日志

2011年12月31日：

分析题目，确定要实现的功能：

表达式求值，进制间的相互转换，带符号的左移和右移，及其一些辅助功能，选择使用语言，完成实习任务书。

2012年1月3日：

敲代码，实现科学计算器主界面，并且添加部分事件，实现控制一些按钮不可用，实现按钮的不同颜色。

凡事只要耐心点，再难的事，也会变得简单。

通过查看JDK资料，及自己多多思考练习，终于完成了今日功能。

2012年1月4日：

添加进制按钮事件，控制不同进制的非法数字不可用，添加清除按钮事件；添加正弦、余弦、正切、求倒数、求阶乘、求百分数、取整、取余、求平方、求立方、求对数、求指数等事件。

今天的实习中发现有很多细节性问题，所以要养成良好的习惯。

细节决定成败，态度决定一切。

只要我耐心，就会成功。

2012年1月5日：

添加表达式按钮事件及等号事件，完成表达式运算函数。

这是此次实习最重要的部分，所以花费了很多时间，也遇到了各种各样的问题，不过经过我的仔细分析，不断调整代码，最终将表达式求值实现。

遇到问题，绝不退缩，迎难而上。

2012年1月6日：

今天发现表达式中以括号开始的表达式有问题，经过研究，发现是在拆分表达式时，当i=0时，截取了两次括号，导致错误，因此对于判断条件添加一个i！

=0时才执行。

2012年1月8日：

对于以负数开始的表达式计算有问题，经过研究，当遍历到的是负号时，添加一个判断语句，如果i=0，且input[i+1]匹配到double型数或者int型数字时，先向post数组放入一个0，然后继续向下走。

对于表达式中间出现的负数，则先判断负号前面是左括号，后面是double型数或者int型数即可先在post数组里放一个0，再继续往下走。

212年1月9日：

实现从十进制向二进制、八进制、十六进制转换的函数和从二、八、十六进制到十进制转换及其之间的相互转换。

这一块基本算法懂，所以写时只要注重细节就可以了。

最后开始写课程论文。

2012年1月10日：

测试调试代码，实现带符号的左移右移（没有考虑机器中二进制的表示位数）。

完善课程论文。

最近发现自己挺迷恋程序的，当遇到问题没有解决时，每天走路上想，吃饭时想，睡觉也想，连娱乐都放弃了。

不要轻言放弃，一定会有收获。

2012年1月11日：

制作答辩ppt，继续完善课程论文，测试规范代码。

思考能否完善或添加新的功能。

2012年1月12日：

答辩了，实习结束了，这次的实习代码完全是自己一字一句的敲出来的，所以还是蛮开心的，而且感觉收获很大，最重要的是我发现自己挺喜欢研究程序的，尤其是遇到问题时，总能自己动手画图，调试，添加注释语句琢磨着解决问题，所以特别开心。

七、实习总结

通过为期两周的紧张实习，我对于面向对象的程序设计有了更深刻得了解，对面向对象的思想体会更深刻。

面向对象的特点是抽象、封装、继承、多态性。

系统中一切皆为对象；对象是属性及其操作的封装体；对象可按其性质划分为类，对象成为类的实例；实例关系和继承关系是对象之间的静态关系；消息传递是对象之间动态联系的唯一形式，也是计算的唯一形式；方法是消息的序列。

通过这次实习，我对于编写一个小型软件有了一定的认识，首先我们要做好需求分析，分析我们要做什么软件，给哪些人用，从他们的角度考虑，有什么特殊需要。

分析清楚需求，着手设计，看有哪些功能，分几块做；将每一块封装成一个类，然后设计类，分析用到的属性，方法，考虑他们的修饰符，访问权限等。

然后还要考虑用到哪些算法，尽量都将他们封装起来，这样可以方便代码重用。

有了一个详细的规划后，开始着手一步一步敲代码，当然要视情况而改变一些策略。

这次实习思路明确，在做好需求之后，有了一个规划，确定了要实现的功能，开始完成每一块的代码，并进行测试，最后对整体代码进行测试调整。

实习过程中遇到很多问题，因为我做的是计算器，并且用的是java语言，然后老师都说他们java忘了，那我只能自己动手解决了。

所以，刚开始很笨，就不停地画表达式计算的过程图，然后发现了问题，并解决了问题，结果一个本子画完了，发现自己好笨。

到下次遇到问题，我就添加一些打印语句，然后很快发现了问题的所在处，也顺利的解决了问题，这样就高效多了。

所以说通过这次实习我真正的学会了调代码，而且我也不再怕遇到错了，因为当我自己将错误解决的时候很高兴，同时我还帮助其他同学解决了很多问题，当然也从一些同学那里学到好多东西。

这次实习的缺憾就是，我没有学习QT、MFC的知识，通过和其他同学的交流，以及看他们所作的东西，我挺感兴趣的，所以我下载好了资料，电脑上也装好了数据库，回家后自己继续学习，多做几个题目，好好练一练。

我觉得这个实习特别有意思，大家一起做，不会了交流一下，能学到好多东西。

珍惜这种学习机会，下学期就剩下一次了。

通过这次实习，我发现其实再简单的东西要动手做也挺难得，但是只要认真做认真分析其实也挺简单的。

世上无难事，只怕有心人。

都说信管的编程能力弱，其实都是我们在逃避，我们要有探索和征服的精神，只有这样你才会有继续前进的动力。

充实的实习生活结束了，回家好好充充电，下学期更加美好。

八、附录：

核心代码清单

1.表达式求值代码：

importjava.util.Stack;

publicclassJisuan{

privateStringexpression;//表达式

finalstaticintN=100;//存放表达式的数组最大长度

publicStringgetExpression（）{

returnexpression;

}

publicvoidsetExpression（Stringexpression）{

this.expression=expression;

}

publicJisuan（Stringexpression）{

this.setExpression（expression）;

}

//优先级比较

privateintcom（Stringx）{

if（x.equals（"*"）||x.equals（"/"））{

return2;

}

if（x.equals（"+"）||x.equals（"-"））{

return1;

}else{

return-1;

}

}

//算术表达式求值

publicdoubleCalculate（）{

Stringexample=newString（"（）+*/-"）;

String[]input=newString[N];//存放合法的正确拆分的表达式

String[]Post=newString[N];//存放取除括号的表达式

//Stringexpression="（3.5+6）*（45/38-12）";

intn=expression.length（）;

intcount=0;

intpre=-1;

for（inti=0;i

if（example.indexOf（expression.charAt（i））!

=-1）{

if（pre!

=-1&&i!

=pre）{

input[count++]=expression.substring（pre,i）;

//System.out.println（input[count]）;

}

if（pre==-1&&i!

=0）{

input[count++]=expression.substring（0,i）;

//System.out.println（input[count]）;

}

input[count++]=expression.substring（i,i+1）;

//System.out.println（input[count]）;

pre=i+1;

/*

*pre-11457891215

*i014678111417

*/

}

}

for（inti=0;i

System.out.print（input[i]）;

}

if（pre

if（pre==-1）{

input[count++]=expression.substring（0,n）;

}else{

input[count++]=expression.substring（pre,n）;

}

}

//for（inti=0;i

//System.out.println（input[i]+""）;

//}

StackS=newStack（）;

intj=0;

for（inti=0;i

if（example.indexOf（input[i]）==-1）{

Post[j++]=input[i];

System.out.println（"**********1"）;

}else{

if（input[i].equals（"（"））{

S.push（input[i]）;

System.out.println（"**********2"）;

}elseif（input[i].equals（"）"））{

while（!

S.peek（）.equals（"（"））{

Post[j++]=S.pop（）;

System.out.println（"**********3"）;

}

S.pop（）;

System.out.println（"**********4"）;

}else{

if（i==0&&input[i].equals（"-"）&&input[i+1].matches（"^（\\d*\\.\\d*）|\\d$"））{

Post[j++]="0";

System.out.println（"**********5"）;

}

if（i==0&&input[i].equals（"-"）&&input[i+1]=="（"）{

Post[j++]="0";

System.out.println（"**********?

"）;

}

//if（i==5）{

//System.out.println（"*"+input[i-1].equals（"（"））;

//System.out.println（"*"+input[i].equals（"-"））;

//System.out.println（"*"+input[i+1].matches（"^（\\d*\\.\\d*）|\\d$"））;

//}

if（i>=1&&input[i-1].equals（"（"）&&input[i].equals（"-"）&&input[i+1].matches（"^（\\d*\\.\\d*）|\\d$"））{

Post[j++]="0";

System.out.println（"**********6"）;

}

if（S.empty（））{

S.push（input[i]）;

System.out.println（"**********7"）;

}else{

while（!

S.empty（）&&com（S.peek（））>=com（input[i]）&&（!

S.peek（）.equals（"（"）））{

Post[j++]=S.pop（）;

System.out.println（"**********8"）;

}

S.push（input[i]）;

System.out.println（"**********9"）;

}

}

}

}

while（!

S.empty（））{

Post[j++]=S.pop（）;

}

for（inti=0;i

System.out.print（Post[i]+""）;

}

S.clear（）;

intm=j;

for（inti=0;i

if（Post[i].equals（"+"））{

doubled=Double.parseDouble（S.pop（））;

S.push（String.valueOf（Double.parseDouble（S.pop（））+d））;

}elseif（Post[i].equals（"-"））{

doubled=Double.parseDouble（S.pop（））;

S.push（String.valueOf（Double.parseDouble（S.pop（））-d））;

}elseif（Post[i].equals（"*"）