Java实验报告C语言实训支持表达式计算器.docx

1、Java实验报告C语言实训支持表达式计算器C语言程序设计实训报告书班级 惠普测试142 学号 1408090213 姓名 闫伟明 指导教师 庞志永 实训项目名称：支持表达式求值的计算器的设计与实现1.实训目的所设计的计算器可以进行简单的表达式求值，并支持括号运算。通过该课程设计，了解数组的使用，学会用函数实现栈等操作。2.实训要求(1)应用所学知识，完成实训目标。(2)程序能够正常运行，运算结果正确，满足设计要求。3.功能描述要求程序具有输入界面，该输入界面至少有一个文本框和一个按钮。用户在文本输入框内输入需要计算的表达式，并单击按钮后，程序可以计算出该表达式的值。用户输入的表达式可能是符合数

2、学规则的表达式，也可能是不符合数学规则的表达式。如果输入的表达式正确，则计算器能够给出正确结果，否则，程序输出错误信息，并尽可能指出错误的位置及错误的类型。4.总体设计5.程序实现及相关描述前缀表达式（前缀记法、波兰式）前缀表达式的运算符位于操作数之前。前缀表达式的计算机求值：从右至左扫描表达式，遇到数字时，将数字压入堆栈，遇到运算符时，弹出栈顶的两个数，用运算符对它们做相应的计算（栈顶元素 op 次顶元素），并将结果入栈；重复上述过程直到表达式最左端，最后运算得出的值即为表达式的结果。例如前缀表达式“- + 3 4 5 6”： (1) 从右至左扫描，将6、5、4、3压入堆栈； (2) 遇到+

3、运算符，因此弹出3和4（3为栈顶元素，4为次顶元素，注意与后缀表达式做比较），计算出3+4的值，得7，再将7入栈； (3) 接下来是运算符，因此弹出7和5，计算出75=35，将35入栈； (4) 最后是-运算符，计算出35-6的值，即29，由此得出最终结果。 可以看出，用计算机计算前缀表达式的值是很容易的。将中缀表达式转换为前缀表达式：遵循以下步骤： * (1) 初始化两个栈：运算符栈S1和储存中间结果的栈S2； * (2) 从右至左扫描中缀表达式； * (3) 遇到操作数时，将其压入S2； * (4) 遇到运算符时，比较其与S1栈顶运算符的优先级： * (4-1) 如果S1为空，或栈顶运算符

4、为右括号“)”，则直接将此运算符入栈； * (4-2) 否则，若优先级比栈顶运算符的较高或相等，也将运算符压入S1； * (4-3) 否则，将S1栈顶的运算符弹出并压入到S2中，再次转到(4-1)与S1中新的栈顶运算符相比较； * (5) 遇到括号时： * (5-1) 如果是右括号“)”，则直接压入S1； * (5-2) 如果是左括号“(”，则依次弹出S1栈顶的运算符，并压入S2，直到遇到右括号为止，此时将这一对括号丢弃； * (6) 重复步骤(2)至(5)，直到表达式的最左边； * (7) 将S1中剩余的运算符依次弹出并压入S2； * (8) 依次弹出S2中的元素并输出，结果即为中缀表达式对

5、应的前缀表达式。例如，将中缀表达式“1+(2+3)4)-5”转换为前缀表达式的过程如下：扫描到的元素S2(栈底-栈顶)S1 (栈底-栈顶)说明55空数字，直接入栈-5-S1为空，运算符直接入栈)5- )右括号直接入栈45 4- )数字直接入栈5 4- ) S1栈顶是右括号，直接入栈)5 4- ) )右括号直接入栈35 4 3- ) )数字+5 4 3- ) ) +S1栈顶是右括号，直接入栈25 4 3 2- ) ) +数字(5 4 3 2 +- ) 左括号，弹出运算符直至遇到右括号(5 4 3 2 + -同上+5 4 3 2 + - +优先级与-相同，入栈15 4 3 2 + 1- +数字到达

6、最左端5 4 3 2 + 1 + -空S1中剩余的运算符运行截图：6.本实训中遇到的关键问题及其解决方法：中缀表达式（中缀记法）中缀表达式是一种通用的算术或逻辑公式表示方法，操作符以中缀形式处于操作数的中间。中缀表达式是人们常用的算术表示方法。虽然人的大脑很容易理解与分析中缀表达式，但对计算机来说中缀表达式却是很复杂的，因此计算表达式的值时，通常需要先将中缀表达式转换为前缀或后缀表达式，然后再进行求值。对计算机来说，计算前缀或后缀表达式的值非常简单。7.实训总结：通过一个简单的计算器程序，让我对java编程及栈的操作有了进一步的认识。认识到需要培养团队合作能力。8.附录：程序实现代码：Main

7、Frame.javaimport javax.swing.*;import javax.swing.border.Border;import java.awt.*;import java.awt.event.ActionListener;import java.awt.event.ActionEvent;import java.awt.event.KeyAdapter;import java.awt.event.KeyEvent;/* * 我的计算器。MainFrame 继承于 JFrame，是计算器的界面 */public class MainFrame extends JFrame /*

8、* */ private static final long serialVersionUID = 1L; private Border border = BorderFactory.createEmptyBorder(5, 5, 5, 5); private JTextField textbox = new JTextField(0); private JTextField oldtextbox = new JTextField(0); private JTextField qz_textbox = new JTextField(0); StringBuilder sbBuilder = n

9、ew StringBuilder();/输入缓存 /按下=或回车得到结果 void getResult() if (!sbBuilder.toString().equals(textbox.getText() int end = sbBuilder.length(); sbBuilder = sbBuilder.delete(0,end); sbBuilder.append(textbox.getText(); String string = null; String results = null; try string = sbBuilder.toString(); if (string.m

10、atches(.*=-*/) throw new Exception(运算符格式不正确！); else if (string.matches(+-*/0-9*.*) string=sbBuilder.insert(0, 0).toString(); results = Calculator.toPolishNotation(string); catch (Exception e) string = 0; sbBuilder = new StringBuilder(0); results = new String0,0; JOptionPane.showMessageDialog(this, 表

11、达式格式错误。+e.getMessage(); String oResult = results0 ;/ oldtextbox.setText(string); qz_textbox.setText(results1); textbox.setText(oResult); int end = sbBuilder.length(); /System.out.println(end); sbBuilder.delete(0, end); sbBuilder.append(oResult); return; private ActionListener listener = new ActionLi

12、stener() public void actionPerformed(ActionEvent e) JButton b = (JButton) e.getSource(); String label = b.getText(); if (label.equals(=) getResult(); else if(label.equals(DEL) int end = sbBuilder.length(); sbBuilder = sbBuilder.deleteCharAt(end-1); textbox.setText(sbBuilder.toString(); else if(label

13、.equals(C) int end = sbBuilder.length(); sbBuilder = sbBuilder.delete(0,end); textbox.setText(sbBuilder.toString(); oldtextbox.setText(CLEAR); else sbBuilder.append(label); textbox.setText(sbBuilder.toString(); / ; public MainFrame(String title) throws HeadlessException super(title); / 调用父类构造方法 setu

14、pFrame(); / 调整窗体属性 setupControls(); / 创建控件 private void setupControls() setupDisplayPanel(); / 创建文本面板 setupButtonsPanel(); / 创建按钮面板 / 创建按钮面板并添加按钮 private void setupButtonsPanel() JPanel panel = new JPanel(); panel.setBorder(border); panel.setLayout(new GridLayout(4, 5, 3, 3); createButtons(panel, ne

15、w String 7, 8, 9, +, DEL, 4, 5, 6, -, C, 1, 2, 3, *, (, / 空字符串表示这个位置没有按钮 0, ., =, /, ) ); this.add(panel, BorderLayout.SOUTH); /* * 在指定的面板上创建按钮 * * param panel * 要创建按钮的面板 * param labels * 按钮文字 */ private void createButtons(JPanel panel, String labels) for (String label : labels) / 如果 label 为空，则表示创建一

16、个空面板。否则创建一个按钮。 if (label.equals() panel.add(new JPanel(); else JButton b = new JButton(label); b.setFont(new Font(微软雅黑, Font.PLAIN, 20); b.addActionListener(listener); / 为按钮添加侦听器 panel.add(b); / 设置显示面板，用一个文本框来作为计算器的显示部分。 private void setupDisplayPanel() JPanel panel = new JPanel(); JPanel panel1 = n

17、ew JPanel(); panel.setLayout(new BorderLayout(); panel.setBorder(border); panel1.setLayout(new BorderLayout(); panel1.setBorder(border); setupTextbox(); panel1.add(qz_textbox,BorderLayout.CENTER); panel.add(oldtextbox, BorderLayout.NORTH); panel.add(textbox, BorderLayout.CENTER); this.add(panel1, Bo

18、rderLayout.NORTH); this.add(panel, BorderLayout.CENTER); / 调整文本框 private void setupTextbox() qz_textbox.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT); / 文本右对齐 qz_textbox.setEditable(false); textbox.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT); / 文本右对齐 textbox.setEditable(true); / 文本框只读 /按下ENTER键得到结果 textbox.

19、addKeyListener(new KeyAdapter() Override public void keyReleased(KeyEvent e) if (e.getKeyCode()=KeyEvent.VK_ENTER) getResult(); ); textbox.setBackground(Color.white); / 文本框背景色为白色 qz_textbox.setBackground(Color.white); / 文本框背景色为白色 oldtextbox.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT); / 文本右对齐 oldtextbo

20、x.setEditable(false); / 文本框只读 oldtextbox.setBackground(Color.white); / 文本框背景色为白色 oldtextbox.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5, 5, 0, 5); textbox.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5, 5, 5, 5); qz_textbox.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5, 5, 5, 5); textbox.setFont(new Font

21、(微软雅黑, Font.BOLD, 20); oldtextbox.setFont(new Font(微软雅黑, Font.PLAIN, 16); /TODO 让文本框一进入程序就能获得输入焦点 / 调整窗体 private void setupFrame() this.setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE); / 当窗体关闭时程序结束 this.setLocation(100, 50); / 设置窗体显示在桌面上的位置 this.setSize(400, 300); / 设置窗体大小 this.setResizable(false); / 窗体大小固定

22、 / 程序入口 public static void main(String args) throws Exception UIManager.setLookAndFeel(UIManager.getSystemLookAndFeelClassName(); MainFrame frame = new MainFrame(支持表达式求值的计算器的设计与实现); frame.setVisible(true); / 在桌面上显示窗体 Calculator.javaimport java.util.Stack;/* * * 利用栈实现中缀表达式计算 * author * */public class

23、 Calculator /* * 转换成前缀表达式并计算. * * 将中缀表达式转换为前缀表达式： * 遵循以下步骤： * (1) 初始化两个栈：运算符栈S1和储存中间结果的栈S2； * (2) 从右至左扫描中缀表达式； * (3) 遇到操作数时，将其压入S2； * (4) 遇到运算符时，比较其与S1栈顶运算符的优先级： * (4-1) 如果S1为空，或栈顶运算符为右括号“)”，则直接将此运算符入栈； * (4-2) 否则，若优先级比栈顶运算符的较高或相等，也将运算符压入S1； * (4-3) 否则，将S1栈顶的运算符弹出并压入到S2中，再次转到(4-1)与S1中新的栈顶运算符相比较； * (

24、5) 遇到括号时： * (5-1) 如果是右括号“)”，则直接压入S1； * (5-2) 如果是左括号“(”，则依次弹出S1栈顶的运算符，并压入S2，直到遇到右括号为止，此时将这一对括号丢弃； * (6) 重复步骤(2)至(5)，直到表达式的最左边； * (7) 将S1中剩余的运算符依次弹出并压入S2； * (8) 依次弹出S2中的元素并输出，结果即为中缀表达式对应的前缀表达式。 * param 表达式字符串 * return 计算结果Object2 0:Double result 1:String expression * throws IllegalArgumentException *

25、throws NumberFormatException */ public static String toPolishNotation(String input) throws IllegalArgumentException, NumberFormatException /string：1+3*(2-1) int len = input.length();/len:9 char c, tempChar; Stack s1 = new Stack();/操作运算符 Stack s2 = new Stack();/中间结果 Stack expression = new Stack();/前缀

26、表达式 double number; int lastIndex = -1; for (int i = len - 1; i = 0; -i) /8 - 0 c = input.charAt(i);/ i:8 c:) if (Character.isDigit(c) / i:7 c:1 自右向左找到input中最后一个数的最后一位数字的下标 lastIndex = readDoubleReverse(input, i); / lastIndex(input中最后一个数的第一位数字的下标):7 number = Double.parseDouble(input.substring(lastInd

27、ex, i + 1); /找到input中最后一个数：number s2.push(number);/遇到操作数时，将其压入S2； i = lastIndex; /将前缀表达式压入expression栈 if (int) number = number) expression.push(int) number); else expression.push(number); else if (isOperator(c) / 遇到运算符时，比较其与S1栈顶运算符的优先级： /* * peek(): * Looks at the object at the top of this * stack without removing it from the stack. * Return the object at the top of this stack * (the last item of the Vector object). */ while (!s1.isEmpty() & s1.peek() != ) & priorityCompare(c, s1.peek() 0) expression.push(s1.peek(); /乘法和除法优先级较高