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Java计算器如何添加算法？

admin
后端开发
2025-06-19
2369

在Java计算器中添加算法需实现运算逻辑与界面交互的整合，核心步骤包括：设计算法类处理四则运算、括号优先级及科学计算函数；使用栈结构解析表达式（如逆波兰算法）；通过事件监听捕获用户输入；最后将计算结果实时反馈到显示组件，需特别注意异常处理（如除零错误）和浮点精度控制。

核心算法设计

基本运算逻辑

四则运算算法：使用栈（Stack）处理运算符优先级（如乘除优先于加减）

public double calculate(String expression) {
    Stack<Double> numbers = new Stack<>();
    Stack<Character> operators = new Stack<>();
    for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {
        char c = expression.charAt(i);
        if (Character.isDigit(c)) {
            // 处理多位数
            StringBuilder num = new StringBuilder();
            while (i < expression.length() && (Character.isDigit(expression.charAt(i)) || expression.charAt(i) == '.')) {
                num.append(expression.charAt(i++));
            }
            i--;
            numbers.push(Double.parseDouble(num.toString()));
        } else if (c == '(') {
            operators.push(c);
        } else if (c == ')') {
            while (operators.peek() != '(') {
                processOperation(numbers, operators.pop());
            }
            operators.pop(); // 移除 '('
        } else if (isOperator(c)) {
            // 比较优先级：当前运算符优先级 <= 栈顶则先计算
            while (!operators.isEmpty() && getPriority(c) <= getPriority(operators.peek())) {
                processOperation(numbers, operators.pop());
            }
            operators.push(c);
        }
    }
    while (!operators.isEmpty()) {
        processOperation(numbers, operators.pop());
    }
    return numbers.pop();
}
private void processOperation(Stack<Double> numbers, char op) {
    double b = numbers.pop();
    double a = numbers.pop();
    switch (op) {
        case '+': numbers.push(a + b); break;
        case '-': numbers.push(a - b); break;
        case '*': numbers.push(a * b); break;
        case '/': 
            if (b == 0) throw new ArithmeticException("除零错误");
            numbers.push(a / b); break;
    }
}

高级函数扩展

科学计算算法：集成Math类实现幂、开方、三角函数

public double handleScientificFunc(String func, double num) {
    return switch (func) {
        case "sqrt" -> Math.sqrt(num);
        case "pow" -> Math.pow(num, 2); // 平方
        case "sin" -> Math.sin(Math.toRadians(num));
        default -> throw new IllegalArgumentException("无效函数");
    };
}

关键实现细节

表达式解析
- 使用正则表达式拆分输入："10+3.2*sin(45)" → ["10", "+", "3.2", "*", "sin", "(", "45", ")"]
- 处理负数：在表达式起始或运算符后出现时标记为负号而非减号。

异常处理

自定义异常类提升健壮性：

try {
    result = calculate(expression);
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("错误: " + e.getMessage());
} catch (EmptyStackException e) {
    System.out.println("表达式不合法");
}

内存功能算法

实现MC（清除）、MR（读取）、M+（累加）：

private double memory = 0;
public void memoryClear() { memory = 0; }
public double memoryRecall() { return memory; }
public void memoryAdd(double value) { memory += value; }

性能与安全优化

算法效率
- 时间复杂度：O(n)（单次遍历表达式）
- 使用StringBuilder替代字符串拼接减少内存开销。

输入验证

防止SQL注入/XSS攻击（Web版）：

if (!expression.matches("[0-9+\-*/().sqrt^sinco]+")) {
    throw new IllegalArgumentException("非规字符");
}

精度处理

用BigDecimal替代double避免浮点误差：

BigDecimal a = new BigDecimal("0.1");
BigDecimal b = new BigDecimal("0.2");
System.out.println(a.add(b)); // 0.3

测试与调试

单元测试用例

@Test
public void testCalculate() {
    assertEquals(8.0, calculate("3 + 5"));
    assertEquals(6.0, calculate("2 * (1 + 2)"));
    assertEquals(1.0, calculate("sin(90)"), 0.001); // 允许误差
}