Java实现带括号优先级的计算器

10+(2*16-20/5)+7*2=52

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Container;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.util.Stack;

import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextField;

/**
* 计算器
*/
public class Calculator {

/** 数字栈：用于存储表达式中的各个数字 */
private Stack<Long> numberStack = null;
/** 符号栈：用于存储运算符和括号 */
private Stack<Character> symbolStack = null;

/**
* 解析并计算四则运算表达式(含括号)，返回计算结果
*
* @param numStr
*            算术表达式(含括号)
*/
public long caculate(String numStr) {
numStr = removeStrSpace(numStr); // 去除空格
// 如果算术表达式尾部没有‘=’号，则在尾部添加‘=’，表示结束符
if (numStr.length() > 1 && !"=".equals(numStr.charAt(numStr.length() - 1) + "")) {
numStr += "=";
}
// 检查表达式是否合法
if (!isStandard(numStr)) {
System.err.println("错误：算术表达式有误！");
return 0;
}
// 初始化栈
numberStack = new Stack<Long>();
symbolStack = new Stack<Character>();
// 用于缓存数字，因为数字可能是多位的
StringBuffer temp = new StringBuffer();
// 从表达式的第一个字符开始处理
for (int i = 0; i < numStr.length(); i++) {
char ch = numStr.charAt(i); // 获取一个字符
if (isNumber(ch)) { // 若当前字符是数字
temp.append(ch); // 加入到数字缓存中
} else { // 非数字的情况
String tempStr = temp.toString(); // 将数字缓存转为字符串
if (!tempStr.isEmpty()) {
long num = Long.parseLong(tempStr); // 将数字字符串转为长整型数
numberStack.push(num); // 将数字压栈
temp = new StringBuffer(); // 重置数字缓存
}
// 判断运算符的优先级，若当前优先级低于栈顶的优先级，则先把计算前面计算出来
while (!comparePri(ch) && !symbolStack.empty()) {
long b = numberStack.pop(); // 出栈，取出数字，后进先出
long a = numberStack.pop();
// 取出运算符进行相应运算，并把结果压栈进行下一次运算
switch ((char) symbolStack.pop()) {
case '+':
numberStack.push(a + b);
break;
case '-':
numberStack.push(a - b);
break;
case '*':
numberStack.push(a * b);
break;
case '/':
numberStack.push(a / b);
break;
default:
break;
}
} // while循环结束
if (ch != '=') {
symbolStack.push(new Character(ch)); // 符号入栈
if (ch == ')') { // 去括号
symbolStack.pop();
symbolStack.pop();
}
}
}
} // for循环结束

return numberStack.pop(); // 返回计算结果
}

/**
* 去除字符串中的所有空格
*/
private String removeStrSpace(String str) {
return str != null ? str.replaceAll(" ", "") : "";
}

/**
* 检查算术表达式的基本合法性，符合返回true，否则false
*/
private boolean isStandard(String numStr) {
if (numStr == null || numStr.isEmpty()) // 表达式不能为空
return false;
Stack<Character> stack = new Stack<Character>(); // 用来保存括号，检查左右括号是否匹配
boolean b = false; // 用来标记'='符号是否存在多个
for (int i = 0; i < numStr.length(); i++) {
char n = numStr.charAt(i);
// 判断字符是否合法
if (!(isNumber(n) || "(".equals(n + "") || ")".equals(n + "")
|| "+".equals(n + "") || "-".equals(n + "")
|| "*".equals(n + "") || "/".equals(n + "")
|| "=".equals(n + ""))) {
return false;
}
// 将左括号压栈，用来给后面的右括号进行匹配
if ("(".equals(n + "")) {
stack.push(n);
}
if (")".equals(n + "")) { // 匹配括号
if (stack.isEmpty() || !"(".equals((char) stack.pop() + "")) // 括号是否匹配
return false;
}
// 检查是否有多个'='号
if ("=".equals(n + "")) {
if (b)
return false;
b = true;
}
}
// 可能会有缺少右括号的情况
if (!stack.isEmpty())
return false;
// 检查'='号是否不在末尾
if (!("=".equals(numStr.charAt(numStr.length() - 1) + "")))
return false;
return true;
}

/**
* 判断字符是否是0-9的数字
*/
private boolean isNumber(char num) {
if (num >= '0' && num <= '9')
return true;
return false;
}

/**
* 比较优先级：如果当前运算符比栈顶元素运算符优先级高则返回true，否则返回false
*/
private boolean comparePri(char symbol) {
if (symbolStack.empty()) { // 空栈返回ture
return true;
}

// 符号优先级说明（从高到低）:
// 第1级: (
// 第2级: * /
// 第3级: + -
// 第4级: )

char top = (char) symbolStack.peek(); // 查看堆栈顶部的对象，注意不是出栈
if (top == '(') {
return true;
}
// 比较优先级
switch (symbol) {
case '(': // 优先级最高
return true;
case '*': {
if (top == '+' || top == '-') // 优先级比+和-高
return true;
else
return false;
}
case '/': {
if (top == '+' || top == '-') // 优先级比+和-高
return true;
else
return false;
}
case '+':
return false;
case '-':
return false;
case ')': // 优先级最低
return false;
case '=': // 结束符
return false;
default:
break;
}
return true;
}

// 测试
public static void main(String args[]) {
String num = "10 + (2*16-20/5) + 7*2 "; // 默认的算式
// 创建一个窗口
JFrame win = new JFrame("计算器");
Container con = win.getContentPane();
JPanel pa = new JPanel();
pa.add(new JLabel("输入算式：")); // 添加一个标签
final JTextField formulaText = new JTextField(num, 20); // 算式输入框
pa.add(formulaText);
pa.add(new JLabel("="));
final JTextField resultText = new JTextField(8); // 结果文本框
pa.add(resultText);
con.add(pa);

JButton bn = new JButton("计算"); // 实例化按钮对象
con.add(bn, BorderLayout.EAST); // 将按钮添加到右边
win.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 设置关闭窗口退出程序
win.pack(); // 自动调整大小
win.setLocationRelativeTo(null); // 设置窗口居中于屏幕
win.setVisible(true); // 显示窗口

// 添加按钮点击事件
bn.addActionListener(new ActionListener() {
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) { // 每当按钮点击时调用该方法
/* 计算器操作 */
Calculator cal = new Calculator();
String numStr = formulaText.getText(); // 获得算式文本框中的文字
long result = cal.caculate(numStr); // 计算算式的结果
numStr = cal.removeStrSpace(numStr); // 去空格
formulaText.setText(numStr); // 将去空格的算式放回算式文本框中
resultText.setText(result + ""); // 在结果文本框中显示结果
}
});
}
}