使用链表栈实现计算器（+-*/）

Posted 2020-11-28 czgxxwz

package 数据结构;


import java.util.regex.Pattern;

/**
 * @program: java_每天一题
 * @description: 使用单链表实现栈
 *                使用栈实现计算器：1，使用一个index遍历运算表达式字符串
 *                              2，如果是数字，存入数字栈
 *                              3.如果是字符，存入字符栈中
 *                              3.1 如果当前字符栈是空栈，直接存入
 *                              3.2如果当前字符栈是有操作符的，则进行操作优先级比较，
 *                                 如果当前操作符优先级小于或等于栈中操作符优先级，就需要从数栈中pop出两个数字，字符栈中pop一个字符，进行运算
 *                                 运算结果push进入数栈中，当前操作符存入字符栈中
 *                                 如果当前操作符优先级大于栈中操作符优先级，直接入栈
 *                               4.当表达式index完毕，顺序弹出数栈及字符栈中的元素，进行运算
 *                               5.当数栈中只有一个数字时，就是表达式的运算结果
 *
 * @author: czg
 * @create: 2020-05-15 12:07
 */
public class j_栈_单链表 {

    public static void main(String[] args) {
        //中缀表达式 30+2*6-2
        String expression="(2+2)*3-2*2-1+(2*5+3+3)";

        System.out.println(calcExperssion(expression));

    }
    //计算
    public static double calcExperssion(String expression){
        if(expression==null||"".equals(expression)){
            throw new RuntimeException("中缀表达式错误！");
        }
        //括号处理
        while(expression.indexOf("(")>=0){
            int leftBra=expression.indexOf("(");
            int rightBra=expression.indexOf(")");
            String temp=expression.length()==rightBra?expression.substring(leftBra):expression.substring(leftBra+1,rightBra);
            double value = calcExperssion(temp);
            expression=new StringBuilder().append(expression.substring(0,leftBra))
                    .append(String.valueOf(value)).append(expression.substring(rightBra+1)).toString();
        }

        //存放数字
        LinkedStack<Double> numStack=new LinkedStack();
        //存放运算符
        LinkedStack<String> operaStack=new LinkedStack();

        int index=0;
        double leftnum=0;//存放第二个弹出数字
        double rightnum=0;//存放一个弹出数字
        double answer=0;  //运算答案
        String opera="";
        //循环取出全部表达式数据
        while (true){
              String data=getOneElement(expression,index);
              //如果运算符
              if(isOperator(data)){
                  if(!operaStack.isEmpty()){
                      while(operaPriority(data)<=operaPriority(operaStack.top.data)){
                          //弹出top运算符
                          opera=operaStack.pop().data;
                          rightnum=numStack.pop().data;
                          leftnum=numStack.pop().data;
                          //得到运算结果
                          double result=perform(leftnum,rightnum,opera);
                          //将数据返回数栈中
                          numStack.push(new StackNode<Double>(result));
                          //data入栈
                          if(operaStack.isEmpty()){
                              break;
                          }
                      }
                       operaStack.push(new StackNode<String>(data));

                  }else {
                      //空栈，直接入栈
                      operaStack.push(new StackNode<String>(data));
                  }
              }

              if(isInteger(data)){
                  //将数据放入数栈中
                  numStack.push(new StackNode(Double.parseDouble(data)));
              }
              //后移data长度(十位百位)位
              index=index+data.length();
              //移动到结尾时，结束循环
              if(index==expression.length()){
                  break;
              }
        }
        System.out.println("--------------");
        operaStack.printStack();
        numStack.printStack();
        System.out.println("--------------");

        //顺序弹出数栈及字符栈中的元素，进行运算
        while(true){
            opera=operaStack.pop().data;
            rightnum=numStack.pop().data;
            leftnum=numStack.pop().data;
            //得到运算结果
            double result=perform(leftnum,rightnum,opera);
            //将数据返回数栈中
            numStack.push(new StackNode<Double>(result));

            if(numStack.getLength()==1){
                answer=numStack.pop().data;
                break;
            }
        }
        return answer;

    }

    //运算
    public static double perform(double left,double right,String opera){
        double result=0;
        switch (opera){
            case "+":  result=left+right; break;
            case "-":  result=left-right; break;
            case "*":  result=right*left; break;
            case "/":  result=left/right; break;
            default:
                throw new RuntimeException("运算符无法解析");
        }
        return result;
    }
    //获得一个元素
    public static String getOneElement(String experssion,int index){
        int count=index;
        String data="";
      while (true){
          String temp="";
          if(experssion.length()==count+1)
          {
              temp=experssion.substring(index);
          }else {
              temp=experssion.substring(index,count+1);
          }
          if(isOperator(temp)){
              data=temp;
              break;
          }
          if(isInteger(temp)||temp.equals(".")){
              data=temp;
              if(experssion.length()==count+1){
                  break;
              }
              count++;
          }else if(data.length()>0){
              break;
          }
      }
      return data;
    }

    //判断字符串是否为数字
    public static boolean isInteger(String str) {
        try {
            new Double(str);
            return true;
        }catch (Exception e){
            return false;
        }
    }
    //判断是否是运算符
    public static boolean isOperator(String str){
        return "+-*/".indexOf(str)>=0;
    }
    //设置字符优先级
    public static int operaPriority(String opera){
        int result=0;
        switch (opera){
            case "+":
            case "-":  break;
            case "*":
            case "/":  result=1; break;
            default:
                throw new RuntimeException("运算符优先级无法解析");
        }
        return result;
    }
}
class LinkedStack<T>{
    //最上结点
    public StackNode<T> top;

    //判断是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return top==null;
    }
    //入栈
    public void push(StackNode<T> node){
        if(top==null){
            top=node;
            return;
        }
        StackNode temp=top;
        top=node;
        top.next=temp;
    }

    //出栈
    public StackNode<T> pop(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("栈空");
            return null;
        }
        StackNode<T> temp=top;
        top=top.next;
        System.out.println("弹出值："+temp.toString());
        return temp;
    }

    public int getLength(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("栈空");
            return 0;
        }
        int count=0;
        StackNode<T> temp=top;
        while (true){
            if(temp==null){
                break;
            }
            count++;
            System.out.println(temp.toString());
            temp=temp.next;
        }
        return  count;
    }

    //打印栈
    public void printStack(){
        if(isEmpty()){
            System.out.println("栈空");
            return;
        }
        StackNode<T> temp=top;
        while (true){
            if(temp==null){
                break;
            }
            System.out.println(temp.toString());
            temp=temp.next;
        }
    }
}
class StackNode<T>{
    //结点数据
    public T data;
    //指向下一个结点
    public StackNode next;

    public StackNode(T data){
        this.data=data;
    }

    @Override
    public String toString() {
        String nextData=(next==null)?"null":String.valueOf(next.data);
        return "StackNode{" +
                "data=" + data +
                ", next=" + nextData +
                ‘}‘;
    }
}