项目概述
1.1项目目标和主要内容
学习图形界 面的设计,利用 MFC 应用程序(Java swing 或 QT 框架,或 C#)创建基于对话框的应用程序,添加按钮、编辑框等控件;
能通过设计的按钮控件输入并实现简单算术运算,要求表达式在编辑框中显示,能将运算结果,输出在编辑框内显示;并保存历史的表达式运算记录。
也能够实现混合运算的算术表达式求解,算术表达式中包括加、减、乘、除、括号等运算符;并且能够识别括号,优先级正确。
1.2项目的主要功能
1)输入:允许输入带有括号的完整计算式(例 8*(4-95)+5÷2*e-pi)
2)输出:输出Double类型的结果
3)输出:整个运算表达式并保存于历史记录中
4)基本的加,减,乘,除,四则运算
5)平方运算
6)开方运算
7)求余运算
项目设计
2.1项目总体框架

2.2系统详细设计
创建一个Calculator类,继承JFrame框架,实现事件监听器接口
public class Calculator extends JFrame implements ActionListener
设置按键
int x = 20, y = 150;
for (int i = 0; i < KEYS.length; i++)
{
keys[i] = new JButton();
keys[i].setText(KEYS[i]);
keys[i].setBounds(x, y, 60, 40);
if (x < 215) {
x += 65;
}
else {
x = 20;
y += 45;
}
this.add(keys[i]);
}
for (int i = 0; i < KEYS.length; i++)// 每个按钮都注册事件监听器
{
keys[i].addActionListener(this);
}
this.setResizable(false);
this.setBounds(500, 200, 567, 480);
this.setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);
this.setVisible(true);
}
事件处理
public void actionPerformed(ActionEvent e)
{
//History.setText(b);//使输入的表达式显示在历史记录文本框中
String label=e.getActionCommand();//获得事件源的标签
if(Objects.equals(label, "="))//
{
resultText.setText(this.b);
History.setText(History.getText()+resultText.getText());
if(label.equals("="))//调用计算方法,得出最终结果
{
String[] s = houzhui(this.b);
String result = Result(s);
this.b=result+"";
//更新文本框,当前结果在字符串b中,并未删除,下一次输入接着此结果以实现连续运算
resultText.setText(this.b);
History.setText(History.getText()+"="+resultText.getText()+"\n");
}
}
else if(Objects.equals(label, "AC"))//清空按钮,消除显示屏文本框前面所有的输入和结果
{
this.b="";
resultText.setText("0");//更新文本域的显示,显示初始值;
}
else if(Objects.equals(label, "sqrt"))
{
String n=kfys(this.b);
resultText.setText("sqrt"+"("+this.b+")");//使运算表达式显示在输入界面
History.setText(History.getText()+"sqrt"+"("+this.b+")"+"=");//获取输入界面的运算表达式并使其显示在历史记录文本框
this.b=n;
}
else if(Objects.equals(label, "x*x"))
{
String m=pfys(this.b);
resultText.setText(this.b+"^2");//使运算表达式显示在输入界面
History.setText(History.getText()+this.b+"^2"+"=");//获取输入界面的运算表达式并使其显示在历史记录文本框
this.b=m;
}
else if(Objects.equals(label, "e") || Objects.equals(label, "pi"))
{
if(label.equals("e"))
{
String m=String.valueOf(2.71828);//将e的值以字符串的形式传给m
this.b=this.b+m;//保留显示m之前输入的运算符或数字字符继续下一步运算
resultText.setText(this.b);
// History.setText(History.getText()+this.b);
}
if(label.equals("pi"))
{
String m=String.valueOf(3.14159265);
this.b=this.b+m;
resultText.setText(this.b);
// History.setText(History.getText()+this.b);
}
}
else
{
this.b=this.b+label;
resultText.setText(this.b);
// History.setText(History.getText()+this.b);
}}
将中缀表达式转换为后缀表达式
private String[] houzhui(String str) {
String s = "";// 用于承接多位数的字符串
char[] opStack = new char[100];// 静态栈,对用户输入的操作符进行处理,用于存储运算符
String[] postQueue = new String[100];// 后缀表达式字符串数组,为了将多位数存储为独立的字符串
int top = -1, j = 0;// 静态指针top,控制变量j
for (int i = 0; i < str.length(); i++)// 遍历中缀表达式
// indexof函数,返回字串首次出现的位置;charAt函数返回index位置处的字符;
{
if ("0123456789.".indexOf(str.charAt(i)) >= 0) // 遇到数字字符的情况直接入队
{
s = "";// 作为承接字符,每次开始时都要清空
for (; i < str.length() && "0123456789.".indexOf(str.charAt(i)) >= 0; i++) {
s = s + str.charAt(i);
//比如,中缀表达式:234+4*2,我们扫描这个字符串的时候,s的作用相当于用来存储长度为3个字符的操作数:234
}
i--;
postQueue[j] = s;// 数字字符直接加入后缀表达式
j++;
}
else if ("(".indexOf(str.charAt(i)) >= 0) {// 遇到左括号
top++;
opStack[top] = str.charAt(i);// 左括号入栈
}
else if (")".indexOf(str.charAt(i)) >= 0) {// 遇到右括号
for (;;)// 栈顶元素循环出栈,直到遇到左括号为止
{
if (opStack[top] != '(') {// 栈顶元素不是左括号
postQueue[j] = opStack[top] + "";// 栈顶元素出栈
j++;
top--;
} else { // 找到栈顶元素是左括号
top--;// 删除栈顶左括号
break;// 循环结束
}
}
}
else if ("*%/+-".indexOf(str.charAt(i)) >= 0)// 遇到运算符
{
if (top == -1)
{// 若栈为空则直接入栈
top++;
opStack[top] = str.charAt(i);
}
else if ("*%/".indexOf(opStack[top]) >= 0)
{// 当栈顶元素为高优先级运算符时,让栈顶元素出栈进入后缀表达式后,当前运算符再入栈
postQueue[j] = opStack[top] + "";
j++;
opStack[top] = str.charAt(i);
}
else
{
top++;
opStack[top] = str.charAt(i);// 当前元素入栈
}
}
}
while (top != -1) {// 遍历结束后将栈中剩余元素依次出栈进入后缀表达式
postQueue[j] = opStack[top] + "";
j++;
top--;
}
return postQueue;
}
计算后缀表达式,并返回最终结果
public String Result(String[] str) {
String[] Result = new String[100];// 顺序存储的栈,数据类型为字符串
int Top = -1;// 静态指针Top
for (int i = 0; str[i] != null; i++) {
if ("+-*%/".indexOf(str[i]) < 0) { //遇到数字,直接入栈
Top++;
Result[Top] = str[i];
}
if ("+-*%/".indexOf(str[i]) >= 0)// 遇到运算符字符,将栈顶两个元素出栈计算并将结果返回栈顶
{
double x, y, n;
x = Double.parseDouble(Result[Top]);// 顺序出栈两个数字字符串,并转换为double类型
Top--;
y = Double.parseDouble(Result[Top]);
Top--;
if ("*".indexOf(str[i]) >= 0) {
n = y * x;
Top++;
Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈
}
if ("/".indexOf(str[i]) >= 0)
{
if (x == 0)// 被除数不允许为0
{
String s = "error!";
return s;
} else {
n = y / x;
Top++;
Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈
}
}
if ("%".indexOf(str[i]) >= 0)
{
if (x == 0)// 被除数不允许为0
{
String s = "error!";
return s;
} else {
n = y % x;
Top++;
Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈
}
}
if ("-".indexOf(str[i]) >= 0) {
n = y - x;
Top++;
Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈
}
if ("+".indexOf(str[i]) >= 0) {
n = y + x;
Top++;
Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈
}
}
}
return Result[Top];// 返回最终结果
}
2.3关键算法分析
2.3.1中缀表达式转后缀表达式
规则:从左向右遍历中缀表达式
①:遇到数字字符,直接加入后缀表达式
②:遇到高优先级运算符,若栈为空直接入栈,若栈不为空,则将当前运算符与栈顶元素比较
比较1(栈顶元素也为高优先级运算符):栈顶元素出栈加入后缀表达式,当前运算符入栈。这样的操作使得栈中不会出现连续的高优先级运算符
比较2(栈顶元素为'('左括号):将当前元素入栈
比较3(栈顶元素为低优先级运算符):将当前元素入栈
③:遇到'('左括号,将左括号入栈
④:遇到')'右括号,将栈顶元素顺序出栈,直到栈顶元素为左括号,此时删去栈顶的左括号
⑤:遇到低优先级运算符,若栈为空直接入栈,若栈不为空,则将当前运算符与栈顶元素比较
比较1(栈顶元素也为低优先级运算符):栈顶元素出栈加入后缀表达式,当前运算符入栈。这样的操作使得栈中不会出现连续的低优先级运算符
比较2(栈顶元素为'('左括号):将当前运算符入栈
比较 3(栈顶元素为高优先级运算符):栈顶元素出栈加入后缀表达式,当前运算符入栈
2.3.2后缀表达式求值
·规则:从左到右遍历表达式的每个数字和符号,遇到是数字就进栈,遇到是符号,就将处于栈顶两个数字出栈,进行运算,运算结果进栈,一直到最终获得结果。
·举例说明
1. 初始化一个空栈。此桟用来对要运算的数字进出使用。
2. 后缀表达式中前三个都是数字,所以9、3、1进栈。
3. 接下来是减号“-”,所以将栈中的1出栈作为减数,3出栈作为被减数,并运算3-1得到2,再将2进栈。
4. 接着是数字3进栈。
5. 后面是乘法“*”,也就意味着栈中3和2出栈,2与3相乘,得到6,并将6进栈。
6. 下面是加法“+”,所以找中6和9出找,9与6相加,得到15,将15进栈。
7. 接着是10与2两数字进栈。
8. 接下来是符号因此,栈顶的2与10出栈,10与2相除,得到5,将5进栈。
9. 最后一个是符号“+”,所以15与5出找并相加,得到20,将20进栈。
10. 结果是20出栈,栈变为空。
2.3.3用户界面输入的容错机制
1)开头不允许是"+×÷) . ";
2)"."不允许跟在运算符和"."之后;
3) "+×÷)"不能跟在"+×÷("之后;
4)"("不能跟在") ."之后;
项目实现及结果分析
1)计算器界面展示:

2)无法用图片展现的功能:
① 开头不能为小数点、运算符、右括号;
② 按下×÷+后若想切换为另一个运算符,直接再次按下便可直接切换;
③ 输入右括号后,下一个将无法输入小数点、左括号或数字;
④ 输入小数点后,下一个将无法输入小数点、运算符、括号;
⑤ 按下⬅按钮可以删除一个数字或一个运算符;
⑥ 按下C按钮可以将计算器清零,但历史记录不清空;
⑦ 按下History可以展现上一次的历史记录;
⑧ 按下等于号时,表达式也不能为空,最后一个字符不能是"+-×÷. ("。
⑨ 当刚计算完一个算式或正在查看历史记录时,无需清空计算器,直接按下任意数字便可开始下一轮运算。
实验总结
进行平方,开方运算时,结果文本框提前计算,历史记录文本框内容重复。
2)检测用户输入的容错机制。
3)为方便小数、多位数、负数的运算,写一个函数将原始中缀表达式中的数字用字母来对应,并存入字典中,转成后缀表达式开始求值时再取出对应数值进行计算。
源代码:
import java.awt.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.util.Objects;import javax.swing.*;//Calculator类,继承JFrame框架,实现事件监听器接口
public class Calculator extends JFrame implements ActionListener {private final String[] KEYS = { "7", "8", "9", "AC", "4", "5", "6", "-", "1", "2", "3", "+", "0", "e", "pi", "/", "sqrt","%", "x*x", "*", "(", ")", ".", "=" };private JButton keys[] = new JButton[KEYS.length];private JTextArea resultText = new JTextArea("0");// 文本域组件TextArea可容纳多行文本;文本框内容初始值设为0private JTextArea History = new JTextArea();// 历史记录文本框初始值设为空private JPanel jp2=new JPanel();private JScrollPane gdt1=new JScrollPane(resultText);//给输入显示屏文本域新建一个垂直滚动滑条private JScrollPane gdt2=new JScrollPane(History);//给历史记录文本域新建一个垂直滚动滑条//private JScrollPane gdt3=new JScrollPane(History);//给历史记录文本域新建一个水平滚动滑条private JLabel label = new JLabel("历史记录");private String b = "";// 构造方法public Calculator() {super("Caculator");//“超”关键字,表示调用父类的构造函数,resultText.setBounds(20, 18, 255, 115);// 设置文本框大小resultText.setAlignmentX(RIGHT_ALIGNMENT);// 文本框内容右对齐resultText.setEditable(false);// 文本框不允许修改结果History.setBounds(290, 40, 250,370);// 设置文本框大小History.setAlignmentX(LEFT_ALIGNMENT);// 文本框内容右对齐History.setEditable(false);// 文本框不允许修改结果label.setBounds(300, 15, 100, 20);//设置标签位置及大小jp2.setBounds(290,40,250,370);//设置面板窗口位置及大小jp2.setLayout(new GridLayout());JPanel jp1 = new JPanel();jp1.setBounds(20,18,255,115);//设置面板窗口位置及大小jp1.setLayout(new GridLayout());resultText.setLineWrap(true);// 激活自动换行功能resultText.setWrapStyleWord(true);// 激活断行不断字功能resultText.setSelectedTextColor(Color.RED);History.setLineWrap(true);//自动换行History.setWrapStyleWord(true);History.setSelectedTextColor(Color.blue);gdt1.setViewportView(resultText);//使滚动条显示出来gdt2.setViewportView(History);gdt1.setVerticalScrollBarPolicy(JScrollPane.VERTICAL_SCROLLBAR_ALWAYS);//设置让垂直滚动条一直显示gdt2.setVerticalScrollBarPolicy(JScrollPane.VERTICAL_SCROLLBAR_ALWAYS);//设置让垂直滚动条一直显示gdt2.setHorizontalScrollBarPolicy(JScrollPane.HORIZONTAL_SCROLLBAR_ALWAYS);//设置让水平滚动条一直显示jp1.add(gdt1);//将滚动条添加入面板窗口中jp2.add(gdt2);this.add(jp1);//将面板添加到总窗体中this.add(jp2);//将面板添加到总窗体中this.setLayout(null);this.add(label);// 新建“历史记录”标签//this.add(resultText);// 新建文本框,该语句会添加进去一个新的JTextArea导致带有滚动条的文本无法显示或者发生覆盖//this.add(History);// 新建历史记录文本框,该语句会添加进去一个新的JTextArea导致带有滚动条的文本无法显示// 放置按钮int x = 20, y = 150;for (int i = 0; i < KEYS.length; i++){keys[i] = new JButton();keys[i].setText(KEYS[i]);keys[i].setBounds(x, y, 60, 40);if (x < 215) {x += 65;}else {x = 20;y += 45;}this.add(keys[i]);}for (int i = 0; i < KEYS.length; i++)// 每个按钮都注册事件监听器{keys[i].addActionListener(this);}this.setResizable(false);this.setBounds(500, 200, 567, 480);this.setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);this.setVisible(true);}// 事件处理public void actionPerformed(ActionEvent e){//History.setText(b);//使输入的表达式显示在历史记录文本框中String label=e.getActionCommand();//获得事件源的标签if(Objects.equals(label, "="))//{resultText.setText(this.b);History.setText(History.getText()+resultText.getText());if(label.equals("="))//调用计算方法,得出最终结果{String[] s = houzhui(this.b);String result = Result(s);this.b=result+"";//更新文本框,当前结果在字符串b中,并未删除,下一次输入接着此结果以实现连续运算resultText.setText(this.b);History.setText(History.getText()+"="+resultText.getText()+"\n");}}else if(Objects.equals(label, "AC"))//清空按钮,消除显示屏文本框前面所有的输入和结果{this.b="";resultText.setText("0");//更新文本域的显示,显示初始值;}else if(Objects.equals(label, "sqrt")){String n=kfys(this.b);resultText.setText("sqrt"+"("+this.b+")");//使运算表达式显示在输入界面History.setText(History.getText()+"sqrt"+"("+this.b+")"+"=");//获取输入界面的运算表达式并使其显示在历史记录文本框this.b=n;}else if(Objects.equals(label, "x*x")){String m=pfys(this.b);resultText.setText(this.b+"^2");//使运算表达式显示在输入界面History.setText(History.getText()+this.b+"^2"+"=");//获取输入界面的运算表达式并使其显示在历史记录文本框this.b=m;}else if(Objects.equals(label, "e") || Objects.equals(label, "pi")){if(label.equals("e")){String m=String.valueOf(2.71828);//将e的值以字符串的形式传给mthis.b=this.b+m;//保留显示m之前输入的运算符或数字字符继续下一步运算resultText.setText(this.b);// History.setText(History.getText()+this.b);}if(label.equals("pi")){String m=String.valueOf(3.14159265);this.b=this.b+m;resultText.setText(this.b);// History.setText(History.getText()+this.b);}}else{this.b=this.b+label;resultText.setText(this.b);// History.setText(History.getText()+this.b);}//History.setText(History.getText()+this.b);//使输入的表达式显示在历史记录文本框中}//将中缀表达式转换为后缀表达式private String[] houzhui(String str) {String s = "";// 用于承接多位数的字符串char[] opStack = new char[100];// 静态栈,对用户输入的操作符进行处理,用于存储运算符String[] postQueue = new String[100];// 后缀表达式字符串数组,为了将多位数存储为独立的字符串int top = -1, j = 0;// 静态指针top,控制变量jfor (int i = 0; i < str.length(); i++)// 遍历中缀表达式// indexof函数,返回字串首次出现的位置;charAt函数返回index位置处的字符;{if ("0123456789.".indexOf(str.charAt(i)) >= 0) // 遇到数字字符的情况直接入队{s = "";// 作为承接字符,每次开始时都要清空for (; i < str.length() && "0123456789.".indexOf(str.charAt(i)) >= 0; i++) {s = s + str.charAt(i);//比如,中缀表达式:234+4*2,我们扫描这个字符串的时候,s的作用相当于用来存储长度为3个字符的操作数:234}i--;postQueue[j] = s;// 数字字符直接加入后缀表达式j++;}else if ("(".indexOf(str.charAt(i)) >= 0) {// 遇到左括号top++;opStack[top] = str.charAt(i);// 左括号入栈}else if (")".indexOf(str.charAt(i)) >= 0) {// 遇到右括号for (;;)// 栈顶元素循环出栈,直到遇到左括号为止{if (opStack[top] != '(') {// 栈顶元素不是左括号postQueue[j] = opStack[top] + "";// 栈顶元素出栈j++;top--;} else { // 找到栈顶元素是左括号top--;// 删除栈顶左括号break;// 循环结束}}}else if ("*%/+-".indexOf(str.charAt(i)) >= 0)// 遇到运算符{if (top == -1){// 若栈为空则直接入栈top++;opStack[top] = str.charAt(i);}else if ("*%/".indexOf(opStack[top]) >= 0){// 当栈顶元素为高优先级运算符时,让栈顶元素出栈进入后缀表达式后,当前运算符再入栈postQueue[j] = opStack[top] + "";j++;opStack[top] = str.charAt(i);}else{top++;opStack[top] = str.charAt(i);// 当前元素入栈}}}while (top != -1) {// 遍历结束后将栈中剩余元素依次出栈进入后缀表达式postQueue[j] = opStack[top] + "";j++;top--;}return postQueue;}//开方运算方法public String kfys(String str) {String result = "";double a = Double.parseDouble(str), b = 0;b = Math.sqrt(a);result = String.valueOf(b);//将运算结果转换为string类型并赋给string类型的变量resultreturn result;}//平方运算方法public String pfys(String str) {String result = "";double a = Double.parseDouble(str), b = 0;b = Math.pow(a, 2);result = String.valueOf(b);return result;}// 计算后缀表达式,并返回最终结果public String Result(String[] str) {String[] Result = new String[100];// 顺序存储的栈,数据类型为字符串int Top = -1;// 静态指针Topfor (int i = 0; str[i] != null; i++) {if ("+-*%/".indexOf(str[i]) < 0) { //遇到数字,直接入栈Top++;Result[Top] = str[i];}if ("+-*%/".indexOf(str[i]) >= 0)// 遇到运算符字符,将栈顶两个元素出栈计算并将结果返回栈顶{double x, y, n;x = Double.parseDouble(Result[Top]);// 顺序出栈两个数字字符串,并转换为double类型Top--;y = Double.parseDouble(Result[Top]);Top--;if ("*".indexOf(str[i]) >= 0) {n = y * x;Top++;Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈}if ("/".indexOf(str[i]) >= 0){if (x == 0)// 被除数不允许为0{String s = "error!";return s;} else {n = y / x;Top++;Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈}}if ("%".indexOf(str[i]) >= 0){if (x == 0)// 被除数不允许为0{String s = "error!";return s;} else {n = y % x;Top++;Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈}}if ("-".indexOf(str[i]) >= 0) {n = y - x;Top++;Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈}if ("+".indexOf(str[i]) >= 0) {n = y + x;Top++;Result[Top] = String.valueOf(n);// 将运算结果重新入栈}}}return Result[Top];// 返回最终结果}// 主函数public static void main(String[] args) {Calculator a = new Calculator();}
}