Java计算器如何添加算法？

核心算法设计

1. 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;
         }
     }

2. 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

1. 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。

2. 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");
     }

3. 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

1. 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。

2. 输入验证

   • 防止SQL注入/XSS攻击（Web版）：

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

3. 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

1. 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
   }

2. 边界测试
   • 超大数：1e308 * 2 → 返回Infinity
   • 连续运算符：5+-3 → 解析为5 + (-3)

进阶扩展方向

1. 支持变量与函数
   • 使用HashMap<String, Double>存储变量（如π=3.14）
2. 表达式可视化

   集成JavaFX绘制计算过程树形图

   

3. 历史记录
   • 用LinkedList保存最近10次计算记录

引用说明：

• 运算符优先级算法参考《算法导论》（Thomas H. Cormen）
• Math类函数规范源自Oracle官方文档
• 安全实践符合OWASP输入验证标准（2025版）

通过分层设计算法模块、严格验证输入、覆盖异常场景，可构建出符合工业级标准的计算器应用，建议结合Swing或JavaFX实现GUI，完整代码参考GitHub开源项目JavaCalculator。