四则运算计算器程序设计(java-GUI)

四则运算计算器程序设计（java-GUI）
北京林业大学信息学院 闫煜鸿
一、 实例描述
用户通过按钮输入一个四则混合运算表达式，当按下‘=’时能够计算并显示计算结果， 如果用户输入的表达式有错误则要给出 ERROR 提示。
二、 实例分析
本实例需要用户通过按钮输入四则混合运算表达式，那么程序界面需要提供数字和符号 的按钮，同时还需要能够显示输入和输出结果的控件。为了便于布局和管理，使用三个 JButton 数组存放所有的按钮对象，分别为数字键（0 到 9 以及小数点）、运算符键（加、 减、乘、除、括号、等号等）和功能键（包括重置、后退、说明等）。用于显示信息的控件 使用 JLable 类型的对象 lable。
当事件源为‘=’按钮时，除了在 label 后添加字符‘=’，还要调用自定义的方法 EvaluateExpression()得到表达式的值并将此值添加在 lable 之后，同时将 p 的值设为 false。 此时数字键和运算符按钮以及‘后退’键都不可使用。
当事件源为‘重置’按钮时，将 lable 中的字符清空，同时恢复 p 的值为 true。 当事件源为‘说明’按钮时，在 lable 中显示说明文字，同时设置 p 的值为 false，以防 止用户输入的表达式错误。
五、 数据结构与算法设计
如何根据用户输入的字符串表达式计算表达式的值呢？这里介绍使用堆栈来计算表达 式的值的方法。
首先是关于堆栈的描述。使用 java.util 包中的 Stack<E>泛型类可以创建一个堆栈对象。 堆栈对象可以调用 public E push(E item)方法实现入栈操作，及在栈顶插入元素 item；调用 public E pop()方法实现出栈操作，及删除并返回栈顶元素；调用 public boolean empty()方法 判断堆栈是否为空，如果为空则返回 true；调用 public E peek()方法可以获取栈顶元素，但 不删除该元素。在这个程序中需要有两个堆栈对象，分别是用来存放运算数的 OPND 栈（E 为 Float 类型）和存放运算符的 OPTR 栈（E 为 Character 类型）。
之后一位。 3) 若 ch 为运算数，则将 ch 压入 OPND 栈，读取下一个字符。 4) 若 ch 为运算符，则比较 OPTR 栈顶元素与 ch 的优先级：
a) 若是小于，则将 ch 压入 OPTR 栈，读取下一个字符； b) 若是大于，则弹出 OPTR 栈顶的运算符，从 OPND 中弹出两个运算数，进行
ab
＋
－
×
÷
（
）
﹦
＋
>
>
<
<
<
>
>
－
>
>
<
<
<
>
>
×
>
>
>
>
<
>
>
÷
>
>
>
>
<
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（
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<
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=
?
）
>
>
>
>
?
>
>
﹦
<
பைடு நூலகம்
<
<
<
<
?
=
因为表达式中的数字占有多个连续字符，所以还需要将连续数字字符变为 Float 类型的
数字，在程序中面对错误的表达式还要返回“ERROR”信息，这些算法的实现详见程序代码 部分。
{ JButton curr = (JButton)e.getSource(); int i = 0; if(p && label.getText().length()<40)//这些按钮可用（p）且以输入字符长度小于40 { for( i=0 ; i<11 ; i++)//事件源为数字键按钮 if(curr == button_num[i]) { label.setText( label.getText() + button_num[i].getText()); break; } for( i=0 ; i<6 ; i++)//事件源为运算符按钮 if(curr == button_bol[i]) { label.setText( label.getText() + button_bol[i].getText()); break; } if(curr == button_bol[6])//事件源为„=‟按钮 { label.setText( label.getText() + button_bol[6].getText()); label.setText( label.getText() + EvaluateExpression()); p = false; } if(curr == button_fun[1] && label.getText().compareTo("")!=0)//事件源为„后退‟
button_fun[0] = new JButton("重置"); button_fun[1] = new JButton("后退"); button_fun[2] = new JButton("说明"); }//成员变量及其初始化
Expression()//构造方法，用于布局设计 {
int i = 0;
用户通过数字键和运算符按钮输入表达式并在 lable 控件中显示，当按下‘=’键的时候， 计算表达式的值并显示在显示控件中。由于用户在输入表达式的过程中存在这很多的不确定 因素，为了防止这些不确定因素引起的程序错误，对表达式的处理集中在用户按下‘=’按 钮的时候，同时其他按钮不可使用（‘重置’除外），点击‘重置’后方可继续使用。三个 功能键能够实现不同的功能，‘重置’可将已输入的内容清除，‘后退’可以向前删除一个 字符，‘说明’则在显示控件中显示说明内容。
相应的计算，并将计算结果压入 OPDN 栈内； c) 若是等于，则删除 OPTR 栈顶的元素，读取下一个字符。 5) 循环结束，返回 OPDN 栈顶元素，该元素为表达式的运算结果。 相继出现的运算符 a 和 b 之间的优先关系如下表，‘<’表示 a 的优先级低于 b，‘=’ 表示 a 与 b 的优先级相等，‘>’表示 a 的优先级高于 b，‘?’表示错误的运算符顺序：
在实例分析中提到在某些时刻有些按钮不能使用，这就需要一个 boolean 类型的成员变 p 量来确定这些按钮是否可以使用，其初始值为 true。当 p 为 true 的时候，所有的数字键、 运算符按钮和功能键中的后退键均可使用。这些按钮的功能都是对 lable 的内容进行修改， 数字键和运算符按钮在 lable 后添加该按钮表示的字符，‘后退’则删除 lable 末尾的一个字 符。
当进行按下‘=’键时，进行表达式的求值。表达式求值的过程参见数据结构与算法设 计部分。
三、 布局设计
如右图所示的布局方式， 整体分为三部分，使用三个 中间容器即可实现此种布局。 构造方法用于布局的实现， 在构造方法中申明和初始化 三个中间容器 p1、p2、p3， 其中 p1 存放显示控件，位于 窗体的上部；p2 存放数字键， 位于窗体的左部；p3 存放功能键和运算符按钮，位于窗体的右部。p1 使用 FlowLayout 布局， 并设置对齐方式为左对齐；p2 和 p3 使用 GridLayout 布局，网格规模分别为 4*3 和 3*3。窗 体布局使用 BorderLayout 布局，按图所示分别使 p1 在 NORTH 位置，p2 在 WEST 位置，p3 在 CENTER 位置。
p2.setLayout(new GridLayout(4,3)); for(i=1 ; i<10 ; i++)
p2.add(button_num[i]); p2.add(button_num[10]); p2.add(button_num[0]); p2.add(button_bol[6]);
p3.setLayout(new GridLayout(3,3)); for( i=0 ; i<3 ; i++)
{ for( int i=0 ; i<10 ; i++) button_num[i] = new JButton(""+i); button_num[10] = new JButton(".");
button_bol[0] = new JButton("＋"); button_bol[1] = new JButton("－"); button_bol[2] = new JButton("×"); button_bol[3] = new JButton("÷"); button_bol[4] = new JButton("（"); button_bol[5] = new JButton("）"); button_bol[6] = new JButton("﹦");
boolean p = true;
JLabel label = new JLabel();
JButton[] button_num = new JButton[11]; JButton[] button_bol = new JButton[7]; JButton[] button_fun = new JButton[3];
布局的方式有多种多样，读者可以有自己的创新，不局限与这一种布局方式。
四、 事件处理响应
通过实现 ActionListener 接口中的 public void actionPerformed(ActionEvent e)方法，将事 件处理全部集中在 actionPerformed(ActionEvent e)方法中。首先在构造方法中为所有的 JButton 对象添加监听器，在 actionPerformed(ActionEvent e)方法中，首先有一个 JButton 类 型的变量用来获取事件源的引用，然后程序根据事件源的不同做出不同的响应。
六、 程序代码
import java.util.*; import java.awt.*; import java.awt.event.*; import javax.swing.*;
public class Expression extends JFrame implements ActionListener//继承JFrame类，实现 ActionListener接口 {
for( i=0 ; i<11 ; i++)//为所有的按钮添加监听器 button_num[i].addActionListener(this);
for( i=0 ; i<7 ; i++) button_bol[i].addActionListener(this);
for( i=0 ; i<3 ; i++) button_fun[i].addActionListener(this);
接着是将 lable 字符串通过 toCharArray()方法转换为字符数组。一个个地读取表达式中 的字符，根据不同的字符进行不同的处理，这个过程如下：
1) 建立并初始化 OPTR 和 OPND 栈，并将表达式起始符‘=’压入 OPTR 栈。 2) 依次读取表达式中的每个字符 ch，然后循环一下步骤，直到定位到最后一个字符
JPanel p1 = new JPanel(); JPanel p2 = new JPanel(); JPanel p3 = new JPanel();
FlowLayout flow = new FlowLayout(); flow.setAlignment(FlowLayout.LEFT); p1.setLayout(flow); p1.add(new JLabel("显示:")); p1.add(label);
setTitle("计算器"); setBounds(100, 100 , 350 , 220); setVisible(true); setResizable(false); setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); }
public void actionPerformed(ActionEvent e)//实现ActionListener接口的actionPerformed方 法，用于事件处理响应
p3.add(button_fun[i]); for( i=0 ; i<6 ; i++)
p3.add(button_bol[i]);
add(p1 , BorderLayout.NORTH); add(p2 , BorderLayout.CENTER); add(p3 , BorderLayout.EAST);