JS实现简易的计算器

Posted 2020-08-15 tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JS实现简易的计算器相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

JS可以做的事多了，那就用来实现一个计算器吧

 

看看手机中的计算器，分为普通计算器和科学计算器

   

 

自认脑袋不够大，就实现一个普通版本的吧（支持正负数加减乘除等基本连续的运算，未提供括号功能）

看看图示效果, 或 在线演示

 

一、知识准备

1+1 = ?

正常来说，我们看到这个表达式都知道怎么运算，知道运算结果

但计算机不一样，计算机无法识别出这串表达式，它只能识别特定的规则：前缀表达式+ 1 1 或后缀表达式1 1 +

举个栗子

(3 + 4) × 5 - 6 就是中缀表达式
- × + 3 4 5 6 前缀表达式
3 4 + 5 × 6 - 后缀表达式

 

所以为了实现程序的自动运算，我们需要将输入的数据转化为前缀或后缀表达式

前缀、中缀、后缀表达式的概念以及相互转换方法在这里就不多说了，这篇博文 说得比较清楚了 

所以，在这个计算器的实现中，采用了后缀表达式的实现方式，参考以上文章，重点关注这两个算法：

与转换为前缀表达式相似，遵循以下步骤：
(1) 初始化两个栈：运算符栈S1和储存中间结果的栈S2；
(2) 从左至右扫描中缀表达式；
(3) 遇到操作数时，将其压入S2；
(4) 遇到运算符时，比较其与S1栈顶运算符的优先级：
(4-1) 如果S1为空，或栈顶运算符为左括号“(”，则直接将此运算符入栈；
(4-2) 否则，若优先级比栈顶运算符的高，也将运算符压入S1（注意转换为前缀表达式时是优先级较高或相同，而这里则不包括相同的情况）；
(4-3) 否则，将S1栈顶的运算符弹出并压入到S2中，再次转到(4-1)与S1中新的栈顶运算符相比较；
(5) 遇到括号时：
(5-1) 如果是左括号“(”，则直接压入S1；
(5-2) 如果是右括号“)”，则依次弹出S1栈顶的运算符，并压入S2，直到遇到左括号为止，此时将这一对括号丢弃；
(6) 重复步骤(2)至(5)，直到表达式的最右边；
(7) 将S1中剩余的运算符依次弹出并压入S2；
(8) 依次弹出S2中的元素并输出，结果的逆序即为中缀表达式对应的后缀表达式（转换为前缀表达式时不用逆序）。

将中缀表达式转换为后缀表达式：

与前缀表达式类似，只是顺序是从左至右：
从左至右扫描表达式，遇到数字时，将数字压入堆栈，遇到运算符时，弹出栈顶的两个数，用运算符对它们做相应的计算（次顶元素 op 栈顶元素），并将结果入栈；重复上述过程直到表达式最右端，最后运算得出的值即为表达式的结果。
例如后缀表达式“3 4 + 5 × 6 -”：
(1) 从左至右扫描，将3和4压入堆栈；
(2) 遇到+运算符，因此弹出4和3（4为栈顶元素，3为次顶元素，注意与前缀表达式做比较），计算出3+4的值，得7，再将7入栈；
(3) 将5入栈；
(4) 接下来是×运算符，因此弹出5和7，计算出7×5=35，将35入栈；
(5) 将6入栈；
(6) 最后是-运算符，计算出35-6的值，即29，由此得出最终结果。

后缀表达式的计算机求值：

 

二、实现过程

第一步当然是搭建计算器的页面结构，不是科学计算器，只提供了基本的运算功能，但也能即时地进行运算，显示出完整的中缀表达式，运算后保存上一条运算记录。

要先说一下：本来想实现小数点功能的，但小数点的存在让数据存储与数据显示的实现有了压力，实现过程实在脑大，索性先取消这个功能。

 

1. 页面结构：

    <h5>计算计算</h5>
    <!-- 计算器 -->
    <div class="calc-wrap">
        <div class="calc-in-out">
            <!-- 上一条运算记录 -->
            <p class="calc-history" title=""></p>
            <!-- 输入的数据 -->
            <p class="calc-in"></p>
            <!-- 输出的运算结果 -->
            <p class="calc-out active"></p>
        </div>
        <table class="calc-operation">
            <thead></thead>
            <tbody>
                <tr>
                    <td data-ac="cls" class="cls">C</td>
                    <td data-ac="del">&larr;</td>
                    <td data-ac="sq">x<sup>2</sup></td>
                    <td data-ac="mul">&times;</td>
                </tr>
                <tr>
                    <td data-val="7">7</td>
                    <td data-val="8">8</td>
                    <td data-val="9">9</td>
                    <td data-ac="div">&divide;</td>
                </tr>
                <tr>
                    <td data-val="4">4</td>
                    <td data-val="5">5</td>
                    <td data-val="6">6</td>
                    <td data-ac="plus">+</td>
                </tr>
                <tr>
                    <td data-val="1">1</td>
                    <td data-val="2">2</td>
                    <td data-val="3">3</td>
                    <td data-ac="minus">-</td>
                </tr>
                    <td data-ac="per">%</td>
                    <td data-val="0">0</td>
                    <td data-ac="dot">.</td>
                    <td data-ac="eq" class="eq">=</td>
            </tbody>
        </table>
    </div>

2. 结合一点样式：

body {
    padding: 20px;
    font-family: Arial;
}

.calc-wrap {
    width: 300px;
    border: 1px solid #ddd;
    border-radius: 3px;
}


.calc-operation {
    width: 100%;
    border-collapse: collapse;
}

.calc-in-out {
    width: 100%;
    padding: 10px 20px;
    text-align: right;
    box-sizing: border-box;
    background-color: rgba(250, 250, 250, .9);
}
.calc-in-out p {
    overflow: hidden;
    margin: 5px;
    width: 100%;
}
.calc-history {
    margin-left: -20px;
    font-size: 18px;
    color: #bbb;
    border-bottom: 1px dotted #ddf;
    min-height: 23px;
}

.calc-in,
.calc-out {
    font-size: 20px;
    color: #888;
    line-height: 39px;
    min-height: 39px;
}

.calc-in {
    color: #888;
}
.calc-out {
    color: #ccc;
}

.calc-in.active,
.calc-out.active {
    font-size: 34px;
    color: #666;
}

.calc-operation td {
    padding: 10px;
    width: 25%;
    text-align: center;
    border: 1px solid #ddd;
    font-size: 26px;
    color: #888;
    cursor: pointer;
}

.calc-operation td:active {
    background-color: #ddd;
}

.calc-operation .cls {
    color: #ee8956;
}

CSS样式

这样静态的计算器就粗来了~~

 

3. JS逻辑

这部分就是重点了，一步步来说

首先是对计算器的监听吧，也就是这个表格，可以使用事件委托的方式，在父级节点上监听处理

        // 绑定事件
        bindEvent: function() {
            var that = this;

            that.$operation.on(\'click\', function(e) {
                e = e || window.event;
                var elem = e.target || e.srcElement,
                    val,
                    action;

                if (elem.tagName === \'TD\') {
                    val = elem.getAttribute(\'data-val\') || elem.getAttribute(\'data-ac\');    

　　　　　　　　　　　　...

监听数据，获取到的只是页面上的某个值/操作符，所以需要将数据存储起来形成中缀，再由中缀转换成后缀，最后通过后缀进行计算

        // 中缀表达式
        this.infix = [];
        // 后缀表达式
        this.suffix = [];
        // 后缀表达式运算结果集
        this.result = [];

按照算法步骤，实现出来，这里没有使用到括号，如果实际需要，可在相应位置修改判断条件即可~

        // 中缀表达式转后缀
        infix2Suffix: function() {
            var temp = [];
            this.suffix = [];

            for (var i = 0; i < this.infix.length; i++) {
                // 数值，直接压入
                if (!this.isOp(this.infix[i])) {
                    this.suffix.push(this.infix[i]);
                }
                else {
                    if (!temp.length) {
                        temp.push(this.infix[i]);
                    }
                    else {
                        var opTop = temp[temp.length - 1];
                        // 循环判断运算符优先级，将运算符较高的压入后缀表达式
                        if (!this.priorHigher(opTop, this.infix[i])) {
                            while (temp.length && !this.priorHigher(opTop, this.infix[i])) {
                                this.suffix.push(temp.pop());
                                opTop = temp[temp.length - 1];
                            }
                        }
                           // 将当前运算符也压入后缀表达式
                        temp.push(this.infix[i]);
                    }
                }
            }
            // 将剩余运算符号压入
            while (temp.length) {
                this.suffix.push(temp.pop());
            }
        },

        // 后缀表达式计算
        calcSuffix: function() {
            this.result = [];

            for (var i = 0; i < this.suffix.length; i++) {
                // 数值，直接压入结果集
                if (!this.isOp(this.suffix[i])) {
                    this.result.push(this.suffix[i]);
                }
                // 运算符，从结果集中取出两项进行运算，并将运算结果置入结果集合
                else {
                    this.result.push(this.opCalc(this.result.pop(), this.suffix[i], this.result.pop()));
                }
            }
            // 此时结果集中只有一个值，即为结果
              return this.result[0];
        }

其实，在实现的时候会发现，中缀、后缀只是一个难点，更复杂的地方是整个计算器的状态变化（或者说是数据变化）

在这个简单的计算器中，就有数字（0-9）、运算符（+ - * /）、操作（清除 删除）、预运算（百分号 平方）、小数点、即时运算等数据及操作

如果是科学计算器那就更复杂了，所以理清如何控制这些东西很关键，而其中最重要的就是中缀表达式的构建与存储

 

当连续点击+号时，是不符合实际操作的，所以需要一个变量 lastVal 来记录上一个值，随着操作而更新，再通过判断，防止程序出错

在点击=号之后，我们可以继续使用这个结果进行运算，或者重新开始运算

　　　　// 构建中缀表达式
        buildInfix: function(val, type) {
            // 直接的点击等于运算之后，
            if (this.calcDone) {
                this.calcDone = false;
                // 再点击数字，则进行新的运算
                if (!this.isOp(val)) {
                    this.resetData();
                }
                // 再点击运算符，则使用当前的结果值继续进行运算
                else {
                    var re = this.result[0];
                    this.resetData();
                    this.infix.push(re);
                }

            }

            var newVal;
             ...

点击删除，是删除一位数，不是直接地删除一个数，然后更新中缀表达式的值

            // 删除操作
            if (type === \'del\') {
                newVal = this.infix.pop();
                // 删除末尾一位数
                newVal = Math.floor(newVal / 10);
                if (newVal) {
                    this.infix.push(newVal);
                }

                this.lastVal = this.infix[this.infix.length - 1];
                return this.infix;
            }    

而添加操作，要考虑的就更多了，比如连续的连续运算符、连续的数字、运算符+ - 接上数字表示正负数，小数点的连接存取等

            // 添加操作，首先得判断运算符是否重复
            else if (type === \'add\') {
                // 两个连续的运算符
                if (this.isOp(val) && this.isOp(this.lastVal)) {
                    return this.infix;
                }
                // 两个连续的数字
                else if (!this.isOp(val) && !this.isOp(this.lastVal)) {
                    newVal = this.lastVal * 10 + val;
                    this.infix.pop();
                    this.infix.push(this.lastVal = newVal);

                    return this.infix;
                }
                // 首个数字正负数
                if (!this.isOp(val) && this.infix.length === 1 && (this.lastVal === \'+\' || this.lastVal === \'-\')) {
                    newVal = this.lastVal === \'+\' ? val : 0 - val;
                    this.infix.pop();
                    this.infix.push(this.lastVal = newVal);

                    return this.infix;
                }


                this.infix.push(this.lastVal = val);
                return this.infix;
            }

在很多次操作的时候，计算器都需要即时地进行运算，为简化代码，可以封装成一个方法，在相应的位置调用即可

        // 即时得进行运算
        calculate: function(type) {
            this.infix2Suffix();
            var suffixRe = this.calcSuffix();

            if (suffixRe) {
                this.$out.text(\'=\' + suffixRe)
                    .attr(\'title\', suffixRe)
                    .removeClass(\'active\');

                // 如果是直接显示地进行等于运算
                if (type === \'eq\') {
                    this.$in.removeClass(\'active\');
                    this.$out.addClass(\'active\');
                    // 设置标记：当前已经显示地进行计算
                    this.calcDone = true;
                    this.lastVal = suffixRe;
                    // 设置历史记录
                    var history = this.infix.join(\'\') + \' = \' + suffixRe;
                    this.$history.text(history).attr(\'title\', history);
                }

            }
        },

剩下的就是点击之后的处理过程了，也就是各种调用处理 传递数据->构建中缀处理数据->中缀转后缀->后缀运算显示

比如点击了数字

        　　　　　　// 数字：0-9
                    if (!isNaN(parseInt(val, 10))) {
                        // 构建中缀表达式并显示
                        var infixRe = that.buildInfix(parseInt(val, 10), \'add\');
                        that.$in.text(infixRe.join(\'\')).addClass(\'active\');

                        that.calculate();

                        return;
                    }

又比如几个预运算，其实长得也差不多

                // 预运算：百分比、小数点、平方
                    else if ([\'per\', \'dot\', \'sq\'].indexOf(action) !== -1) {
                        if (!that.infix.length || that.isOp(that.lastVal)) {
                            return;
                        }

                        if (action === \'per\') {
                            that.lastVal /= 100;
                        } else if (action === \'sq\') {
                            that.lastVal *= that.lastVal;
                        } else if (action === \'dot\') {
                            // that.curDot = true;
                        }

                        // 重新构建中缀表达式
                        var infixRe = that.buildInfix(that.lastVal, \'change\');
                        that.$in.text(infixRe.join(\'\')).addClass(\'active\');

                        that.calculate();
                    }

 

以上就是这个简单计算器的实现步骤了，变化太多还不敢保证不会出错

基本逻辑如此，如果要加上小数点运算、括号运算、正余弦等科学计算器的功能，还是自己去实现吧。。脑大啊。。

 

  1 $(function() {
  2 
  3     function Calculator($dom) {
  4         this.$dom = $($dom);
  5         // 历史运算
  6         this.$history = this.$dom.find(\'.calc-history\');
  7         // 输入区
  8         this.$in = this.$dom.find(\'.calc-in\');
  9         // 输出区
 10         this.$out = this.$dom.find(\'.calc-out\');
 11         this.$operation = this.$dom.find(\'.calc-operation\');
 12 
 13         // 运算符映射
 14         this.op = {
 15             \'plus\': \'+\',
 16             \'minus\': \'-\',
 17             \'mul\': \'*\',
 18             \'div\': \'/\'
 19         };
 20         this.opArr = [\'+\', \'-\', \'*\', \'/\'];
 21 
 22         // 中缀表达式
 23         this.infix = [];
 24         // 后缀表达式
 25         this.suffix = [];
 26         // 后缀表达式运算结果集
 27         this.result = [];
 28         // 存储最近的值
 29         this.lastVal = 0;
 30         // 当前已经计算等于完成
 31         this.calcDone = false;
 32         // 当前正在进行小数点点（.）相关值的修正
 33         this.curDot = false;
 34 
 35         this.init();
 36     }
 37 
 38     Calculator.prototype = {
 39         constructor: Calculator,
 40         // 初始化
 41         init: function() {
 42             this.bindEvent();
 43         },
 44         // 绑定事件
 45         bindEvent: function() {
 46             var that = this;
 47 
 48             that.$operation.on(\'click\', function(e) {
 49                 e = e || window.event;
 50                 var elem = e.target || e.srcElement,
 51                     val,
 52                     action;
 53 
 54                 if (elem.tagName === \'TD\') {
 55                     val = elem.getAttribute(\'data-val\') || elem.getAttribute(\'data-ac\');
 56                     // 数字：0-9
 57                     if (!isNaN(parseInt(val, 10))) {
 58                         // 构建中缀表达式并显示
 59                         var infixRe = that.buildInfix(parseInt(val, 10), \'add\');
 60                         that.$in.text(infixRe.join(\'\')).addClass(\'active\');
 61 
 62                         that.calculate();
 63 
 64                         return;
 65                     }
 66 
 67                     action = val;
 68 
 69                     // 操作：清除、删除、计算等于
 70                     if ([\'cls\', \'del\', \'eq\'].indexOf(action) !== -1) {
 71                         if (!that.infix.length) {
 72                             return;
 73                         }
 74 
 75                         // 清空数据
 76                         if (action === \'cls\' || (action === \'del\' && that.calcDone)) {
 77                             that.$in.text(\'\');
 78                             that.$out.text(\'\');
 79 
 80                             that.resetData();
 81                         }
 82                         // 清除
 83                         else if (action === \'del\') {
 84                             // 重新构建中缀表达式
 85                             var infixRe = that.buildInfix(that.op[action], \'del\');
 86                             that.$in.text(infixRe.join(\'\')).addClass(\'active\');
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