JAVA四则运算字符串解释器
最近学习到后缀表达式,于是基于后缀表达式的思想,写了一个四则运算解释器,输入字符串类型的四则运算表达式,可以直接得到结果,支持括号嵌套.
实现时主要考虑以下两点:
- 字符串中运算符和数字分离
- 运算符优先级
- 括号的嵌套
- 运算符和数字分离:可以考虑用字符串数组存储
- 关于运算符优先级,最开始的想法是将乘除法看作一类,加减法看作一类,乘除法的优先级大于加减法,相同类型的运算符按照从左到右顺序依次计算.
- 括号的嵌套:由于括号内部本身也是表达式,因此可以使用递归处理,但重点在于括号的配对,由于使用递归,所以希望获取最大的嵌套单元.
具体实现:
首先实现运算符识别的代码,判断一个字符是否为运算符:
public static boolean opjudge(char c) {
if (c == '+' || c == '-' || c == '*' || c == '/' || c == '(' || c == ')')
return true;
else
return false;
}
然后实现字符串表达式转为字符串数组, 由于要求输入的字符串运算符和数字之间没有空格,所以直接拆分不方便,而且运算符和数字的数目不确定,因此先使用ArrayList存储,然后再转成字符串数组,主要方法是遍历字符串中每一个字符并判断是否为运算符,如果是运算符,则直接将运算符转为字符串加入ArrayList,如果不是,则从此位置继续查找到下一个运算符出现的位置,两个位置之间即为操作数,使用substring截取字符串存入Arraylist,具体实现如下:
public static String[] convert(String s) {
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (!opjudge(s.charAt(i))) {
int j = i;
while ((i < s.length()) && !opjudge(s.charAt(i)))
i++;
arrayList.add(s.substring(j, i));
i--;
} else
arrayList.add(String.valueOf(s.charAt(i)));
}
return arrayList.toArray(new String[arrayList.size()]);
}
然后对运算符进行分类和分级,加减法视作一类,乘除法视作一类,乘除法优先级高于加减法:
public static int opvalue(String s) {
switch (s) {
case "+":
case "-":
return 1;
case "*":
case "/":
return 2;
default:
return -1;
}
}
运算符优先级的比较,左边大于右边则返回true,( 两个运算符相等返回false)
public static boolean opcompare(String s1, String s2) {
if (opvalue(s1) > opvalue(s2))
return true;
else {
return false;
}
}
括号内字符串的获取:
由于括号都是成对出现,要从左至右获取第一个最长的括号表达式,则从左至右遍历字符串时,当右括号 ‘)’ 出现的数目等于左括号’(’ 时,即为所求,此处使用计数器实现,返回的是字符串中从k位置(第k个元素，一个数字算一个元素 )开始第一个带完整括号的子串,比如输入bracketGet(“(8-(2+3))*2+(5+7)*3”,0),返回8-(2+3):
public static String bracketGet(String s, int k) {
int m=0;
int i;
String[] arr=convert(s);
for(i=k;i<arr.length;i++){
if(arr[i].equals("(")){
m++;
continue;
}
if(arr[i].equals(")")){
m--;
if(m==0)
break;
else
continue;
}
}
StringBuilder sb=new StringBuilder();
for(int j=k+1;j<i;j++){
sb.append(arr[j]);
}
return sb.toString();
}
以上都是需要用到的配件,下面将利用上面写好的函数实现四则运算字符串的解析和运算,基本思想是使用两个栈,一个存储数字,一个存储运算符,先考虑没有括号的简单情况:
遍历字符串数组:
1.当前元素为操作数时,入数字栈
2.当前元素为运算符时:
- 如果运算符栈为空,则入运算符栈
- 如果运算符栈不空,则比较当前运算符和栈顶运算符优先级(按照之前定义的优先级,乘除大于加减,乘除相同,加减相同):如果当前运算符优先级大于栈顶运算符,则当前运算符入栈;反之,如果当前运算符优先级等于或小于栈顶运算符,则将栈顶运算符出栈,同时数字栈中出栈两个数字参与运算,结果压入数字栈中,然后当前运算符入栈;
- 最后将运算符栈中所有元素依次出栈,数字栈中相应将数字出栈参与运算得到结果并压入栈中;
- 最后返回数字栈中栈顶元素即为表达式结果.
- 有括号时括号内的运算步骤同上,可以获取括号内部的字符串,使用递归计算;
代码如下: public static int caculate(String formula) {
String[] arr = convert(formula);
Stack<Integer> val = new Stack<>();
Stack<String> op = new Stack<>(); for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if (arr[i].equals("(")) {
val.push(caculate(bracketGet(formula, i)));//递归计算括号内部的值,并将该值入栈
i = i + bracketGet(formula, i).length() + 1;//括号串所在的位置遍历过,i需要跳过该段
} else {
if (arr[i].equals("+") || arr[i].equals("-") || arr[i].equals("*") || arr[i].equals("/")) {
if (op.isEmpty())
op.push(arr[i]);
else if (opcompare(arr[i], op.lastElement())) {
op.push(arr[i]);
} else { switch (op.pop()) {
case "+":
val.push(val.pop() + val.pop());
break;
case "-":
int c = val.pop();
int d = val.pop();
val.push(d-c);//减法,pop的顺序从右至左,所以需要先取出元素
break;
case "*":
val.push(val.pop() * val.pop());
break;
case "/":
int a = val.pop();
int b = val.pop();
val.push(b / a);//同减法
break;
default:
break;
}
op.push(arr[i]);
}
} else
val.push(Integer.parseInt(arr[i]));
}
}
while (!op.isEmpty()) {
switch (op.pop()) {
case "+":
val.push(val.pop() + val.pop());
break;
case "-":
int c = val.pop();
int d = val.pop();
val.push(d-c);
break;
case "*":
val.push(val.pop() * val.pop());
break;
case "/":
int a = val.pop();
int b = val.pop();
val.push(b / a);
break;
default:
break;
}
} return val.pop();
}
System.out.println(caculate("(((8-(2+3))*2+(5+7)*3))"));
输出:42 正确以上实现是使用int类型,除法可能会不准确,改为double会准确
后面又发现上面的实现方法仍然有冗余之处,下面是改进的代码,主要是优化了运算符的优先级,依次为 除法 乘法 减法 加法 依次降低, 遍历到运算符时,优先级高才入栈, 否则将栈中运算符出栈参与运算,直到栈空或 栈顶运算符优先级低于遍历到的运算符,才将该运算符入栈.
主要改动的是opjudge(),opcompare(), caculate()中少量改动,其余代码同上;
具体代码如下:public static int opvalue2(String s) {
switch (s) {
case "+":
return 1;
case "-":
return 2;
case "*":
return 3;
case "/":
return 4;
default:
return -1;
}
}public static boolean opcompare2(String s1, String s2) {
if (opvalue2(s1) >= opvalue2(s2))
return true;
else {
return false;
}
}public static double caculate2(String formula) {
String[] arr = convert(formula);
Stack<Double> val = new Stack<>();
Stack<String> op = new Stack<>(); for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if (arr[i].equals("(")) {
val.push(caculate2(bracketGet(formula, i)));
i = i + bracketGet(formula, i).length() + 1;
} else if (arr[i].equals("+") || arr[i].equals("-") || arr[i].equals("*") || arr[i].equals("/")) {
while (!op.isEmpty() && opcompare2(op.lastElement(), arr[i])) {
switch (op.pop()) {
case "+":
val.push(val.pop() + val.pop());
continue;
case "-":
double c = val.pop();
double d = val.pop();
val.push(d - c);
continue;
case "*":
val.push(val.pop() * val.pop());
continue;
case "/":
double a = val.pop();
double b = val.pop();
val.push(b / a);
continue;
default:
break;
}
}
op.push(arr[i]);
}
else
val.push(Double.parseDouble(arr[i]));
}
while (!op.isEmpty()) {
switch (op.pop()) {
case "+":
val.push(val.pop() + val.pop());
break;
case "-":
double c = val.pop();
double d = val.pop();
val.push(d - c);
break;
case "*":
val.push(val.pop() * val.pop());
break;
case "/":
double a = val.pop();
double b = val.pop();
val.push(b / a);
break;
default:
break;
}
}
return val.pop();
}运算实例:
public static void main(String[] args) {
double a=(1+2*(3.0/2)/(2+8)-(2*6.0)/(1+7))-(21+3*(5-2-(7*(4-3))));
System.out.println(a);
System.out.println(caculate2("(1+2*(3/2)/(2+8)-(2*6)/(1+7))-(21+3*(5-2-(7*(4-3))))"));
}
//output:
-9.2
-9.2至此,完成了四则运算字符串解释器,还有很多可以完善, 比如异常的处理,以及代码的简洁性,作为一个初学者,如果能被看到的话,希望多提建议:
完整版代码如下:
import java.util.ArrayList;
import java.util.Stack; public class Main { public static void main(String[] args) {
double a=(1+2*(3.0/2)/(2+8)-(2*6.0)/(1+7))-(21+3*(5-2-(7*(4-3))));
System.out.println(a);
System.out.println(caculate2("(1+2*(3/2)/(2+8)-(2*6)/(1+7))-(21+3*(5-2-(7*(4-3))))"));
} //对运算符优先级进一步排序 减法大于加法 除法大于乘法
public static double caculate2(String formula) {
String[] arr = convert(formula);
Stack<Double> val = new Stack<>();
Stack<String> op = new Stack<>(); for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if (arr[i].equals("(")) {
val.push(caculate2(bracketGet(formula, i)));
i = i + bracketGet(formula, i).length() + 1;
} else if (arr[i].equals("+") || arr[i].equals("-") || arr[i].equals("*") || arr[i].equals("/")) {
while (!op.isEmpty() && opcompare2(op.lastElement(), arr[i])) {
switch (op.pop()) {
case "+":
val.push(val.pop() + val.pop());
continue;
case "-":
double c = val.pop();
double d = val.pop();
val.push(d - c);
continue;
case "*":
val.push(val.pop() * val.pop());
continue;
case "/":
double a = val.pop();
double b = val.pop();
val.push(b / a);
continue;
default:
break;
}
}
op.push(arr[i]);
}
else
val.push(Double.parseDouble(arr[i]));
}
while (!op.isEmpty()) {
switch (op.pop()) {
case "+":
val.push(val.pop() + val.pop());
break;
case "-":
double c = val.pop();
double d = val.pop();
val.push(d - c);
break;
case "*":
val.push(val.pop() * val.pop());
break;
case "/":
double a = val.pop();
double b = val.pop();
val.push(b / a);
break;
default:
break;
}
}
return val.pop();
} public static String bracketGet(String s, int k) {
int m=0;
int i;
String[] arr=convert(s);
for(i=k;i<arr.length;i++){
if(arr[i].equals("(")){
m++;
continue;
}
if(arr[i].equals(")")){
m--;
if(m==0)
break;
else
continue;
}
}
StringBuilder sb=new StringBuilder();
for(int j=k+1;j<i;j++){
sb.append(arr[j]);
}
return sb.toString();
} public static String[] convert(String s) {
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (!opjudge(s.charAt(i))) {
int j = i;
while ((i < s.length()) && !opjudge(s.charAt(i)))
i++;
arrayList.add(s.substring(j, i));
i--;
} else
arrayList.add(String.valueOf(s.charAt(i)));
}
return arrayList.toArray(new String[arrayList.size()]);
} public static boolean opjudge(char c) {
if (c == '+' || c == '-' || c == '*' || c == '/' || c == '(' || c == ')')
return true;
else
return false;
} public static int opvalue2(String s) {
switch (s) {
case "+":
return 1;
case "-":
return 2;
case "*":
return 3;
case "/":
return 4;
default:
return -1;
}
} public static boolean opcompare2(String s1, String s2) {
if (opvalue2(s1) >= opvalue2(s2))
return true;
else {
return false;
}
}
最近学习到后缀表达式,于是基于后缀表达式的思想,写了一个四则运算解释器,输入字符串类型的四则运算表达式,可以直接得到结果,支持括号嵌套.
实现时主要考虑以下两点:
- 字符串中运算符和数字分离
- 运算符优先级
- 括号的嵌套
- 运算符和数字分离:可以考虑用字符串数组存储
- 关于运算符优先级,最开始的想法是将乘除法看作一类,加减法看作一类,乘除法的优先级大于加减法,相同类型的运算符按照从左到右顺序依次计算.
- 括号的嵌套:由于括号内部本身也是表达式,因此可以使用递归处理,但重点在于括号的配对,由于使用递归,所以希望获取最大的嵌套单元.
具体实现:
首先实现运算符识别的代码,判断一个字符是否为运算符:
public static boolean opjudge(char c) {
if (c == '+' || c == '-' || c == '*' || c == '/' || c == '(' || c == ')')
return true;
else
return false;
}然后实现字符串表达式转为字符串数组, 由于要求输入的字符串运算符和数字之间没有空格,所以直接拆分不方便,而且运算符和数字的数目不确定,因此先使用ArrayList存储,然后再转成字符串数组,主要方法是遍历字符串中每一个字符并判断是否为运算符,如果是运算符,则直接将运算符转为字符串加入ArrayList,如果不是,则从此位置继续查找到下一个运算符出现的位置,两个位置之间即为操作数,使用substring截取字符串存入Arraylist,具体实现如下:
public static String[] convert(String s) {
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (!opjudge(s.charAt(i))) {
int j = i;
while ((i < s.length()) && !opjudge(s.charAt(i)))
i++;
arrayList.add(s.substring(j, i));
i--;
} else
arrayList.add(String.valueOf(s.charAt(i)));
}
return arrayList.toArray(new String[arrayList.size()]);
: public static void main(String[] args) {
double a=(1+2*(3.0/2)/(2+8)-(2*6.0)/(1+7))-(21+3*(5-2-(7*(4-3))));
System.out.println(a);
System.out.println(caculate2("(1+2*(3/2)/(2+8)-(2*6)/(1+7))-(21+3*(5-2-(7*(4-3))))"));
}
//output:
-9.2
-9 }
//对运算符优先级进一步排序 减法大于加法 除法大于乘法
public static double caculate2(String formula) {
String[] arr = convert(formula);
Stack<Double> val = new Stack<>();
Stack<String> op = new Stack<>();
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if (arr[i].equals("(")) {
val.push(caculate2(bracketGet(formula, i)));
i = i + bracketGet(formula, i).length() + 1;
} else if (arr[i].equals("+") || arr[i].equals("-") || arr[i].equals("*") || arr[i].equals("/")) {
while (!op.isEmpty() && opcompare2(op.lastElement(), arr[i])) {
switch (op.pop()) {
case "+":
val.push(val.pop() + val.pop());
continue;
case "-":
double c = val.pop();
double d = val.pop();
val.push(d - c);
continue;
case "*":
val.push(val.pop() * val.pop());
continue;
case "/":
double a = val.pop();
double b = val.pop();
val.push(b / a);
continue;
default:
break;
}
}
op.push(arr[i]);
}
else
val.push(Double.parseDouble(arr[i]));
}
while (!op.isEmpty()) {
switch (op.pop()) {
case "+":
val.push(val.pop() + val.pop());
break;
case "-":
double c = val.pop();
double d = val.pop();
val.push(d - c);
break;
case "*":
val.push(val.pop() * val.pop());
break;
case "/":
double a = val.pop();
double b = val.pop();
val.push(b / a);
break;
default:
break;
}
}
return val.pop();
}
public static String bracketGet(String s, int k) {
int m=0;
int i;
String[] arr=convert(s);
for(i=k;i<arr.length;i++){
if(arr[i].equals("(")){
m++;
continue;
}
if(arr[i].equals(")")){
m--;
if(m==0)
break;
else
continue;
}
}
StringBuilder sb=new StringBuilder();
for(int j=k+1;j<i;j++){
sb.append(arr[j]);
}
return sb.toString();
}
public static String[] convert(String s) {
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (!opjudge(s.charAt(i))) {
int j = i;
while ((i < s.length()) && !opjudge(s.charAt(i)))
i++;
arrayList.add(s.substring(j, i));
i--;
} else
arrayList.add(String.valueOf(s.charAt(i)));
}
return arrayList.toArray(new String[arrayList.size()]);
}
public static boolean opjudge(char c) {
if (c == '+' || c == '-' || c == '*' || c == '/' || c == '(' || c == ')')
return true;
else
return false;
}
public static int opvalue2(String s) {
switch (s) {
case "+":
return 1;
case "-":
return 2;
case "*":
return 3;
case "/":
return 4;
default:
return -1;
}
}
public static boolean opcompare2(String s1, String s2) {
if (opvalue2(s1) >= opvalue2(s2))
return true;
else {
return false;
}
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