栈实现中缀表达式

栈实现中缀表达式

👉目的：实现计算一个计算式如（5 + 10 * 2 + 20 / 2）🕵️‍♂️🕵️‍♂️

👉思路：

1. 通过一个 index 值（索引），来遍历我们的表达式
2. 如果我们发现是一个数字, 就直接入数栈🗑🗑
3. 如果发现扫描到是一个符号, 就分如下情况
   （1） 如果发现当前的符号栈为空，就直接入栈🗑🗑
   （2） 如果符号栈有操作符，就进行比较,如果当前的操作符的优先级小于或者等于栈中的操作符， 就需要从数栈中pop出两个数,在从符号栈中pop出一个符号，进行运算，将得到结果，入数栈🗑🗑，然后将当前的操作符入符号栈， 如果当前的操作符的优先级大于栈中的操作符， 就直接入符号栈.🗑🗑
4. 当表达式扫描完毕，就顺序的从数栈和符号栈中pop出相应的数和符号，并运行.
5. 最后在数栈只有一个数字，就是表达式的结果

代码如下：

import java.util.Scanner;
public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("请输入需要计算的表达式:");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String expression1 = scanner.nextLine();
        //String expression1 = "5 + 10 * 2 + 20 / 2";
        //将全部空格替换掉
        String expression = expression1.trim();
        //先创建两个栈，
        ArrayStack2 numStack = new ArrayStack2(100);
        ArrayStack2 operStack = new ArrayStack2(100);

        //定义相关变量
        int index = 0; // 用于扫描
        int num1 = 0;
        int num2 = 0;
        int oper = 0;
        int res = 0;
        char ch = ' '; //将每次扫描得到的char保存到ch
        String keepNum = ""; //用于拼接多位数
        //开始while循环的扫描expression
        while (true) {
            //依次得到expression 的每一个字符
            ch = expression.substring(index, index + 1).charAt(0);
            //判断字符是数字还是运算符，然后做相应的处理;
            if ( operStack.isOper(ch)) { //如果是运算符
                //判断当前符号栈是否为空
                if (!operStack.isEmpty()){
                    //如果如果符号栈有操作符，就进行比较,如果当前的操作符的优先级小于或者等于栈中的操作符，
                    // 就需要从数栈中pop出两个数,在从符号栈中pop出一个符号，进行运算，将得到结果，入数栈，
                    // 然后将当前的操作符入符号栈
                    if (operStack.priority(ch) <= operStack.priority(operStack.peek())) {
                        num1 = numStack.pop();
                        num2 = numStack.pop();
                        oper = operStack.pop();
                        res = numStack.cal(num1, num2, oper);
                        //把运算的结果入数栈
                        numStack.push(res);
                        //然后将当前操作符入符号栈
                        operStack.push(ch);
                    } else {
                        //如果当前的操作符的优先级大于栈中的操作符， 就直接入符号栈.
                        operStack.push(ch);
                    }
                }else {
                    //如果为空直接入栈
                    operStack.push(ch);
                }

            } else {
                // 如果我们发现是一个数字, 就直接入数栈
                //numStack.push(ch - 48);
                //1、当处理多位数时，不能发现一个数就立即入栈， 因为它可能是多位数
                //2、在处理数时，需向expression的表达式的index 后再看一位， 如果是数字继续扫描，是符号才入栈
                //3、定义字符串变量用于拼接
                 //处理多位数
                keepNum += ch;
                if (index == expression.length() - 1) {
                    numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                } else {
                    //判断下一个字符是不是数字，如果是数字继续扫描， 是符号入栈
                    //只是看后一位，不用index++
                    if (operStack.isOper(expression.substring(index + 1, index + 2).charAt(0))) {
                        //如果后一位是运算符， 则入栈keepNum
                        numStack.push(Integer.parseInt(keepNum));
                        //注意清空keepNum ！！！
                        keepNum = "";
                    }
                }


            }
            //让index + 1， 判断是否扫描到expression结尾
            index++;
            if (index >= expression.length()) {
                break;
            }
        }
        //当表达式扫描完毕，就顺序的从 数栈和符号栈中pop出相应的数和符号，并运行.
        while (true) {
            //如果符号栈为空，则计算到最后的结果，数栈中只有一个结果
            if (operStack.isEmpty()) {
                break;
            } else {
                num1 = numStack.pop();
                num2 = numStack.pop();
                oper = operStack.pop();
                res = numStack.cal(num1, num2, oper);
                //把运算的结果入数栈
                numStack.push(res);
            }
        }
        //最后在数栈只有一个数字，就是表达式的结果
        System.out.println("表达式" + expression1 + " = " + numStack.pop());
    }
}

//定义一个ArrayStack栈
class ArrayStack2 {
    private int maxSize; //栈的大小
    private int [] stack; //数组模拟栈，数据就放在该数组
    private int top = -1; //top表示栈顶

    public ArrayStack2(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        stack = new int[maxSize];
    }

    //判断栈满
    public boolean isFull() {
        return top == maxSize - 1;
    }

    //判断栈空
    public boolean isEmpty() {
        return top == -1;
    }

    //返回当前栈顶的值,但不是出栈
    public int peek() {
        return stack[top];
    }

    //入栈push
    public void push(int value) {
        //先判断栈满
        if (isFull()) {
            System.out.println("栈满");
            return;
        }
        top++;
        stack[top] = value;
    }

    //出栈pop
    public int pop() {
        //判断栈空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("栈空");
        }
        int value = stack[top];
        top--;
        return value;
    }

    //遍历栈，遍历时，需要从栈顶开始显示数据
    public void list() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("栈空");
            return;
        }
        for (int i = top; i >= 0; i--) {
            System.out.println("stack[" + i + "] = " + stack[i]);
        }
    }

    //返回运算符的优先级, 优先级自己确定，优先级使用数字表示
    //数字越大，则优先级就越高
    public int priority(int oper) {
        if (oper == '*' || oper == '/') {
            return 1;
        } else if (oper == '+' || oper == '-') {
            return 0;
        } else {
            return -1; //假定目前的表达式只有+， -， *， /
        }
    }

    //判断是不是一个运算符
    public boolean isOper(char val) {
        return val == '+' || val == '-' || val == '*' || val == '/';
    }

    //计算方法
    public int cal(int num1, int num2, int oper) {
        int res = 0; // res用于存放计算的结果
        switch (oper) {
            case '+':
                res = num1 + num2;
                break;
            case '-':
                res = num2 - num1;  // 注意返回顺序
                break;
            case '*':
                res = num1 * num2;
                break;
            case '/':
                res = num2 / num1;
                break;
            default:
                break;
        }
        return res;
    }

}

结果展示：

请输入需要计算的表达式:
5 + 10 * 2 + 20 / 2
表达式5+10*2+20/2 = 35

加油！😘😘🎸🎸