自己做的多功能计算器

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自己做的多功能计算器

作者：dyerac 文章来源：blogjava 点击数：更新时间：2006-11-25

有感于windows自带计算器的不好使,最近心血来潮按自己需求开发了一个多功能计算器。其核心的一部分来自于网上的学习资料，因此我也不敢私藏代码，特拿出来和大家分享心得。
   计算器功能如下：
    1.支持运行时更换界面皮肤，水印和按钮形状等外观显示。
    2.支持sin, cos, tan, cot, arcsin, arccos, arctan, arccot, !, log, ln, +, -, *, /, %, 乘方等基本运算，支持连续运算并自带PI，E的精确值。
    3.支持表达式计算，支持设置变量，可以轻松的实现公式运算。
    4.无限的结果保存，完全对用户透明，用户可以轻松的存储和读取先前的操作结果.
    5.能够分析用户操作尤其是表达式中的语法错误，提醒用户而不是返回错误结果。

设计思路：

整个程序的 GUI 由两部分组成。结果存储由 JDialog 完成， JDialog 内含一个 JList 存放结果。主界面由 JMenuBar 和 JTabbedPane 组成， JTabbedPane 的两个子界面分别用作按键式计算器和表达式式计算器。

关于界面的构建工作全部由 CalculatorFace 类完成，同时按键式计算器的后台计算工作也有该类完成。 Parser 类则负责解析表达式返回计算结果。 CalculatorFace 调用 Parser 进行表达式计算工作。

在处理按键式计算时，各种计算操作符号显然可以分为两类：单操作数和双操作数。单操作数计算只需要取出显示框中内容，进行计算再将结果显示即可。双操作数计算则显得比较麻烦。因为需要实现连续计算，所以必须保存上次的操作符号和上次输入的结果。为此增加lastOperator字段和number1，number2字段分别存储前次操作符和对应的操作数。
   运行机制如下：
   当按下新键时，将number2->number1，显示框中内容取出作为number2，同时根据lastOperator中内容进行计算（number1 lastOperator number2），计算完成后，将这次按键内容保存到lastOperator中。要注意的是，当“＝”按下时，将取消连续运算。因此添加boolean字段continued用来判断是否进行连续运算。
   考虑到用户的误操作，即可能不小心按错了按钮，因此每次运算应以输入新数字前最后一个操作符号为准。因此，continued事实上也控制运算是否进行，每次双操作运算后，continued赋值为false，输入数字后才重新为真。当continued为false时，程序只是简单的把按键值赋予lastOperator而不进行运算工作。
    而对于数字按键，唯一需要注意的是按下操作键后，再输入数据需要将显示框清空后从头输入；否则新数字将在显示框原有内容尾部添加。completed字段用于控制该情形。上述例外在于，第一次使用计算器时，即使没有按下操作键，也应该重新显示数字。First字段将处理这一情形。

    表达式解析则通过Parser类完成。getToken方法负责将表达式中基本的单元取出。这些基本单元包括：变量，数字和操作符号。运行时，首先将表达式中变量替换成其值，对处理好的表达式从左至右取出单元进行计算。计算采用递归下降的流式处理，调用按计算优先级排列好的各种函数，每种函数处理同一优先级的运算。
    优先级列表为：
括号，阶乘，正负号，三角函数/对数函数/反三角函数，乘方，乘/除/模运算，加减运算。
   下面举例说明表达式的解析过程。表达式
    10 + 5 * B
    有两个项：10和5*B，第二项包括两个因数：5和B，分别是一个数字和一个变量
   再看另外一个例子。表达式
   14 * (7 – C)
   有两个因数：14和(7-C)，分别是一个数字和一个圆括号表达式。圆括号表达式包括两个项：一个数字和一个变量。
   上述过程形成了递归下降解析器的基础。递归下降解析器是一组互相递归的方法，这些方法以一种链式方式实现生成规则。在每个适当的步骤上，解析器以代数学规定的正确顺序执行指定的操作。为了解释如何使用生成规则来解析表达式，采用下面的表达式来跟踪解析过程：
   9/3 – (100 + 56)
   整个解析过程如下：
(1) 获得第一项9/3；
(2) 获得第一项的两个因数并完成除法运算，得到结果3；
(3) 获得第二项(100+56)。在这一步启动递归分析过程处理括号内的子表达式；
(4) 获得其中的两项并完成加法运算，得到结果156；
(5) 从第二项的递归计算过程中返回；
(6) 3减去156，答案是-153。

Bugs:
经过同学的友情测试，现发现bug如下：
（1）无法将――2形式识别为2
（2）乘方运算时，当数字和’!’中出现空格或者括号时无法处理
（3）类似sinlog10形式无法识别，只能识别sin（log10）
以上将在下一版本中修订。

Uncompleted features:
（1）任意进制的计算和转换
（2）角度与弧度的转换
（3）扩大计算范围（即应该使用BigDemical而不是double）
以上同样会在下一版本中实现。

下面是程序的源代码：

package cn.com.w4t.calculator;

import java.awt.BorderLayout;

import java.awt.Color;

import java.awt.GridLayout;

import java.awt.event.ActionEvent;

import java.awt.event.ActionListener;

import java.util.Vector;

import javax.swing.JButton;

import javax.swing.JDialog;

import javax.swing.JFrame;

import javax.swing.JLabel;

import javax.swing.JList;

import javax.swing.JMenu;

import javax.swing.JMenuBar;

import javax.swing.JMenuItem;

import javax.swing.JPanel;

import javax.swing.JScrollPane;

import javax.swing.JTabbedPane;

import javax.swing.JTextArea;

import javax.swing.JTextField;

import javax.swing.UIManager;

import javax.swing.border.EtchedBorder;

import javax.swing.border.LineBorder;

import javax.swing.border.TitledBorder;

import org.jvnet.substance.SubstanceLookAndFeel;

import org.jvnet.substance.theme.SubstancePurpleTheme;

import org.jvnet.substance.watermark.SubstanceBinaryWatermark;

/**

* Main Application Interface

* @author td

@SuppressWarnings( " serial " )

public class CalculatorFace extends JFrame implements ActionListener {

/**

* 按键计算的结果

private double result1;

/**

* 表达式计算的结果

private double result2;

/**

* 二元计算是否完成，完成后下次输入数据时将从头开始而不是在原有数据后添加

private boolean completed = false ;

/**

* 是否是第一次进行操作

private boolean first = true ;

/**

* 是否进行连续计算，比如"="将取消连续运算

private boolean continued = false ;

/**

* 被保存的先前计算结果集

private Vector < String > resultVector = new Vector < String > ();

/**

* 计算表达式

private String express;

/**

* 变量值

private String variables;

/**

* 表达式解析式

private Parser parser = new Parser();

/**

* 操作按键

private JButton[] operatorBtns = new JButton[ 20 ];

/**

* 操作符号

private String[] op = { " + " , " - " , " * " , " / " , " % " , " ^ " , " ! " , " = " , " ln " ,

" log " , " sin " , " cos " , " tan " , " cot " , " arcsin " , " arccos " , " arctan " ,

" arccot " , " PI " , " E " } ;

/**

* 数字按键

private JButton[] numberBtns = new JButton[ 12 ];

/**

* 保持结果的对话框

private JDialog resultHolder;

/**

* 保持结果的列表

private JList resultList;

/**

* 一些系统功能按键,显示、隐藏结果记录对话框，存储计算结果，清屏，退格

private JButton clearBtn, saveBtn, saveBtn2, backBtn, shBtn, shBtn2,

submitBtn;

/**

* 主界面

private JTabbedPane mainTab;

/**

* 输入框

private JTextField resultField1, resultField2, inputField;

/**

* 错误标签

private JLabel errorLabel1, errorLabel2;

/**

* 监听器

private ActionListener numberListener = new NumberListener(),

oneOperatorListener = new OneOperatorListener(),

twoOperatorListener = new TwoOperatorListener();

/**

* 菜单

private JMenu fileM, setM, helpM;

/**

* 菜单栏

private JMenuBar menu;

/**

* 变量输入框

private JTextArea variableArea;

/**

* 操作数

private String number1 = " 0.0 " , number2 = " 0.0 " ;

/**

* 上一次操作符号

private String lastOperator;

// private JMenuItem fileItem, settingsItem, helpItem;

public CalculatorFace() {

super ();

init();

}

/**

* 初始化属性

private void initReference() {

// init all buttons

for ( int i = 0 ; i < 10 ; i ++ ) {

numberBtns[i] = new JButton(Integer.toString(i));

numberBtns[i].addActionListener(numberListener);

numberBtns[i].setBorder( null );

}

numberBtns[ 10 ] = new JButton( " . " );

numberBtns[ 10 ].addActionListener(oneOperatorListener);

numberBtns[ 10 ].setBorder( null );

numberBtns[ 11 ] = new JButton( " +/- " );

numberBtns[ 11 ].setBorder( null );

numberBtns[ 11 ].addActionListener(oneOperatorListener);

for ( int i = 0 ; i < op.length; i ++ ) {

operatorBtns[i] = new JButton(op[i]);

if (i < 6 )

operatorBtns[i].addActionListener(twoOperatorListener);

else

operatorBtns[i].addActionListener(oneOperatorListener);

operatorBtns[i].setBorder( null );

}

clearBtn = new JButton( " Clear " );

clearBtn.addActionListener( this );

clearBtn.setBorder( new EtchedBorder(EtchedBorder.LOWERED));

saveBtn = new JButton( " Save " );

saveBtn.addActionListener( this );

saveBtn.setBorder( new EtchedBorder(EtchedBorder.LOWERED));

saveBtn2 = new JButton( " Save " );

saveBtn2.addActionListener( this );

saveBtn2.setBorder( new EtchedBorder(EtchedBorder.LOWERED));

backBtn = new JButton( " Back " );

backBtn.addActionListener( this );

backBtn.setBorder( new EtchedBorder(EtchedBorder.LOWERED));

shBtn = new JButton( " S/H " );

shBtn.addActionListener( this );

shBtn.setBorder( new EtchedBorder(EtchedBorder.LOWERED));

shBtn2 = new JButton( " S/H " );

shBtn2.addActionListener( this );

shBtn2.setBorder( new EtchedBorder(EtchedBorder.LOWERED));

submitBtn = new JButton( " Submit " );

ParserListener p = new ParserListener();

submitBtn.addActionListener(p);

submitBtn.setBorder( new EtchedBorder(EtchedBorder.LOWERED));

// init textfileds

resultField1 = new JTextField( " 0.0 " );

resultField1.setEditable( false );

resultField2 = new JTextField( " 0.0 " );

resultField2.setEditable( false );

inputField = new JTextField();

inputField.addActionListener(p);

inputField.setToolTipText( " 输入表达式，可以含有变量，但是变量必须在下面定义 " );

variableArea = new JTextArea();

variableArea.setToolTipText( " 输入变量值，约定形式为a=1,b=2，请勿使用s，c，t等关键字作为变量名 " );

// init labels

errorLabel1 = new JLabel();

errorLabel1.setForeground(Color.red);

errorLabel2 = new JLabel();

errorLabel2.setForeground(Color.red);

mainTab = new JTabbedPane();

// init menu

menu = new JMenuBar();

fileM = new JMenu( " File " );

fileM.setMnemonic( ' F ' );

setM = new JMenu( " Settings " );

setM.setMnemonic( ' S ' );

helpM = new JMenu( " Help " );

helpM.setMnemonic( ' H ' );

}

/**

* 初始化菜单

private void initMenu() {

menu.add(fileM);

menu.add(setM);

menu.add(helpM);

fileM.add( new JMenuItem( " Exit " ));

setM.add( new JMenuItem( " 二进制 " ));

setM.add( new JMenuItem( " 八进制 " ));

setM.add( new JMenuItem( " 十进制 " ));

setM.add( new JMenuItem( " 十六进制 " ));

helpM.add( new JMenuItem( " Manual " ));

helpM.add( new JMenuItem( " About " ));

}

/**

* 初始化主界面

private void initTabbedPane() {

JPanel p1 = new JPanel();

JPanel p10 = new JPanel();

JPanel p12 = new JPanel();

JPanel p11 = new JPanel();

JPanel pc1 = new JPanel();

JPanel p2 = new JPanel();

JPanel p20 = new JPanel();

JPanel p22 = new JPanel();

JPanel p21 = new JPanel();

p10.setLayout( new GridLayout( 2 , 1 ));

p10.setBorder( new TitledBorder( new LineBorder(Color.DARK_GRAY, 1 ),

" Result: " ));

p12.setLayout( new GridLayout( 6 , 8 ));

p11.setLayout( new GridLayout( 2 , 8 ));

p1.setLayout( new BorderLayout());

pc1.setLayout( new BorderLayout());

pc1.setBorder( new TitledBorder( new LineBorder(Color.DARK_GRAY, 1 ),

" Input Buttons: " ));

p20.setLayout( new GridLayout( 3 , 1 ));

p21.setLayout( new BorderLayout());

p22.setLayout( new GridLayout( 1 , 7 ));

p2.setLayout( new BorderLayout());

p10.add(resultField1);

p10.add(errorLabel1);

for ( int i = 0 ; i < 4 ; i ++ ) {

p12.add(operatorBtns[i]);

}

for ( int i = 0 ; i < 4 ; i ++ ) {

p12.add( new JLabel());

}

for ( int i = 0 ; i < 4 ; i ++ ) {

for ( int j = i * 4 ; j < i * 4 + 4 ; j ++ )

p12.add(operatorBtns[j + 4 ]);

p12.add( new JLabel( "" ));

for ( int j = i * 3 ; j < i * 3 + 3 ; j ++ )

p12.add(numberBtns[j]);

}

for ( int i = 0 ; i < 8 ; i ++ ) {

p12.add( new JLabel());

}

p11.add(shBtn);

p11.add(saveBtn);

p11.add(backBtn);

p11.add(clearBtn);

for ( int i = 0 ; i < 12 ; i ++ )

p11.add( new JLabel());

p1.add(p10, " North " );

pc1.add(p11, " Center " );

pc1.add(p12, " South " );

p1.add(pc1, " Center " );

JLabel tip = new JLabel(

" 支持：sin,cos,tan,cot,arcsin,arccos,arctan,arccot,!,log,ln " );

p20.add(tip);

p20.add(resultField2);

&nb