Java实验报告C语言实训支持表达式计算器.docx

Java实验报告C语言实训支持表达式计算器.docx

《Java实验报告C语言实训支持表达式计算器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Java实验报告C语言实训支持表达式计算器.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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“-×+3456”：

（1）从右至左扫描，将6、5、4、3压入堆栈；

（2）遇到+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7×5=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

5

5

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

4

54

-）

数字直接入栈

×

54

-）×

S1栈顶是右括号，直接入栈

）

54

-）×）

右括号直接入栈

3

543

-）×）

数字

+

543

-）×）+

S1栈顶是右括号，直接入栈

2

5432

-）×）+

数字

（

5432+

-）×

左括号，弹出运算符直至遇到右括号

（

5432+×

-

同上

+

5432+×

-+

优先级与-相同，入栈

1

5432+×1

-+

数字

到达最左端

5432+×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：

MainFrame.java

importjavax.swing.*;

importjavax.swing.border.Border;

importjava.awt.*;

importjava.awt.event.ActionListener;

importjava.awt.event.ActionEvent;

importjava.awt.event.KeyAdapter;

importjava.awt.event.KeyEvent;

/**

*我的计算器。

MainFrame继承于JFrame，是计算器的界面

*/

publicclassMainFrameextendsJFrame{

/**

*

*/

privatestaticfinallongserialVersionUID=1L;

privateBorderborder=BorderFactory.createEmptyBorder（5,5,5,5）;

privateJTextFieldtextbox=newJTextField（"0"）;

privateJTextFieldoldtextbox=newJTextField（"0"）;

privateJTextFieldqz_textbox=newJTextField（"0"）;

StringBuildersbBuilder=newStringBuilder（""）;//输入缓存

//按下=或回车得到结果

voidgetResult（）{

if（!

sbBuilder.toString（）.equals（textbox.getText（）））{

intend=sbBuilder.length（）;

sbBuilder=sbBuilder.delete（0,end）;

sbBuilder.append（textbox.getText（））;

}

Stringstring=null;

String[]results=null;

try{

string=sbBuilder.toString（）;

if（string.matches（".*[=\\-*/]"））{

thrownewException（"运算符格式不正确！

"）;

}elseif（string.matches（"[+\\-*/][0-9]*.*"））{

string=sbBuilder.insert（0,'0'）.toString（）;

}

results=Calculator.toPolishNotation（string）;

}catch（Exceptione）{

string="0";

sbBuilder=newStringBuilder（"0"）;

results=newString[]{"0","0"};

JOptionPane.showMessageDialog（this,"表达式格式错误。

"+e.getMessage（））;

}

StringoResult=results[0];//

oldtextbox.setText（string）;

qz_textbox.setText（results[1]）;

textbox.setText（oResult）;

intend=sbBuilder.length（）;

//System.out.println（end）;

sbBuilder.delete（0,end）;

sbBuilder.append（oResult）;

return;

}

privateActionListenerlistener=newActionListener（）{

publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{

JButtonb=（JButton）e.getSource（）;

Stringlabel=b.getText（）;

if（label.equals（"="））{

getResult（）;

}elseif（label.equals（"DEL"））{

intend=sbBuilder.length（）;

sbBuilder=sbBuilder.deleteCharAt（end-1）;

textbox.setText（sbBuilder.toString（））;

}elseif（label.equals（"C"））{

intend=sbBuilder.length（）;

sbBuilder=sbBuilder.delete（0,end）;

textbox.setText（sbBuilder.toString（））;

oldtextbox.setText（"CLEAR"）;

}

else{

sbBuilder.append（label）;

textbox.setText（sbBuilder.toString（））;

}

}

////

};

publicMainFrame（Stringtitle）throwsHeadlessException{

super（title）;//调用父类构造方法

setupFrame（）;//调整窗体属性

setupControls（）;//创建控件

}

privatevoidsetupControls（）{

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

privatevoidsetupButtonsPanel（）{

JPanelpanel=newJPanel（）;

panel.setBorder（border）;

panel.setLayout（newGridLayout（4,5,3,3））;

createButtons（panel,newString[]{

"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

*

*@parampanel

*要创建按钮的面板

*@paramlabels

*按钮文字

*/

privatevoidcreateButtons（JPanelpanel,String[]labels）{

for（Stringlabel:

labels）{

//如果label为空，则表示创建一个空面板。

否则创建一个按钮。

if（label.equals（""））{

panel.add（newJPanel（））;

}else{

JButtonb=newJButton（label）;

b.setFont（newFont（"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。

privatevoidsetupDisplayPanel（）{

JPanelpanel=newJPanel（）;

JPanelpanel1=newJPanel（）;

panel.setLayout（newBorderLayout（））;

panel.setBorder（border）;

panel1.setLayout（newBorderLayout（））;

panel1.setBorder（border）;

setupTextbox（）;

panel1.add（qz_textbox,BorderLayout.CENTER）;

panel.add（oldtextbox,BorderLayout.NORTH）;

panel.add（textbox,BorderLayout.CENTER）;

this.add（panel1,BorderLayout.NORTH）;

this.add（panel,BorderLayout.CENTER）;

}

//调整文本框

privatevoidsetupTextbox（）{

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.addKeyListener（newKeyAdapter（）{

@Override

publicvoidkeyReleased（KeyEvente）{

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

oldtextbox.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（newFont（"微软雅黑",Font.BOLD,20））;

oldtextbox.setFont（newFont（"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

privatevoidsetupFrame（）{

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

}

//程序入口

publicstaticvoidmain（String[]args）throwsException{

UIManager.setLookAndFeel（UIManager.getSystemLookAndFeelClassName（））;

MainFrameframe=newMainFrame（"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.java

importjava.util.Stack;

/**

*

*利用栈实现中缀表达式计算

*@author

*

*/

publicclassCalculator{

/**

*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；

*（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Object[2][0]:

Doubleresult[1]:

Stringexpression

*@throwsIllegalArgumentException

*@throwsNumberFormatException

*/

publicstaticString[]toPolishNotation（Stringinput）

throwsIllegalArgumentException,NumberFormatException{

//string：

1+3*（2-1）

intlen=input.length（）;//len:

9

charc,tempChar;

Stacks1=newStack（）;//操作运算符

Stacks2=newStack（）;//中间结果

Stack