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编译：ImportNew/唐尤华

如何用Java计算"5+3"、"10-40"、"10*3"这样的算术表达式？本文介绍了可使用的常见方法及各自优缺点。

1. JDK Javascript引擎

JDK1.6开始，提供了Javascript脚本引擎。可以把 String 形式的字符串通过 engine.eval() 方法执行计算。示例如下：

import javax.script.ScriptEngineManager;

import javax.script.ScriptEngine;

import javax.script.ScriptException;

public class Test {

public static void main(String[] args) throws ScriptException{

ScriptEngineManager mgr = new ScriptEngineManager();

ScriptEngine engine = mgr.getEngineByName("JavaScript");

String foo = "40+2";

System.out.println(engine.eval(foo));

}

}

Java中的ScriptEngine理论上支持符合ECMAScript规范的语言。要确认当前Java支持哪些语言，可以执行下列代码：

import java.util.List;

import javax.script.ScriptEngineManager;

import javax.script.ScriptEngine;

import javax.script.Bindings;

import javax.script.ScriptContext;

import javax.script.ScriptEngineFactory;

public class Test {

public static void main(String[] args){

ScriptEngineManager mgr = new ScriptEngineManager();

List factories = mgr.getEngineFactories();

for (ScriptEngineFactory factory : factories)

{

System.out.println("ScriptEngineFactory Info");

String engName = factory.getEngineName();

String engVersion = factory.getEngineVersion();

String langName = factory.getLanguageName();

String langVersion = factory.getLanguageVersion();

System.out.printf("tScript Engine: %s (%s)n", engName, engVersion);

List engNames = factory.getNames();

for (String name : engNames)

{

System.out.printf("tEngine Alias: %sn", name);

}

System.out.printf("tLanguage: %s (%s)n", langName, langVersion);

}

}

}

执行完毕会看到ScriptEngine支持的语言。在我的机器上(java version "1.8.0_191")运行会看到下面的结果：

ScriptEngineFactory Info

Script Engine: Oracle Nashorn (1.8.0_191)

Engine Alias: nashorn

Engine Alias: Nashorn

Engine Alias: js

Engine Alias: JS

Engine Alias: JavaScript

Engine Alias: javascript

Engine Alias: ECMAScript

Engine Alias: ecmascript

Language: ECMAScript (ECMA - 262 Edition 5.1)

JDK支持的JavaScript来自Mozilla Rhino ECMAScript。Rhino 是一个完全使用Java语言编写的开源JavaScript实现。Rhino通常用在Java程序中，为最终用户提供脚本化能力。它被作为J2SE 6上的默认Java脚本化引擎。

既然支持脚本，那么就不仅限于普通的算术运算符，还可以使用Javascript中的Math函数。比如像下面这样：

String foo = "Math.cos(60)+Math.sin(30)";

System.out.println(engine.eval(foo));

// 输出 -1.9404446045080181

还可以支持变量。比如上面的例子中，两个角度分别用变量表示：

engine.put("angle1", 60);

engine.put("angle2", 30);

String bar = "Math.cos(angle1)+Math.sin(angle2)";

System.out.println(engine.eval(bar));

// 输出 -1.9404446045080181

这种方法的缺点在于，脚本本身可能有潜在的安全性问题，容易收到攻击。不推荐在服务端使用。

2. 第三方开发库

在Java的世界里，永远有丰富的第三方开发库可供选择，计算算术表达式也一样。下面列举一些常用的开发库。

JEXL

http://commons.apache.org/proper/commons-jexl/

Java Expression Language (JEXL) 是一个表达式语言引擎，可以用来在应用或者框架中使用。使用示例：

// 假设有一个名为 jexl 的类, 初始化了 JexlEngine 实例:

// 创建一个表达式对象进行计算

String calculateTax = taxManager.getTaxCalc(); //e.g. "((G1 + G2 + G3) * 0.1) + G4";

Expression e = jexl.createExpression( calculateTax );

// 填写上下文

JexlContext context = new MapContext();

context.set("G1", businessObject.getTotalSales());

context.set("G2", taxManager.getTaxCredit(businessObject.getYear()));

context.set("G3", businessObject.getIntercompanyPayments());

context.set("G4", -taxManager.getAllowances());

// ...

// 得到计算结果

Number result = (Number) e.evaluate(context);

更多内容可参见官网示例。

mXparser

http://mathparser.org/

mXparser的优点是支持多平台，Java、Android、dotNET等。

使用示例：

package mxparser.helloworld;

import org.mariuszgromada.math.mxparser.*;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args){

Expression eh = new Expression("5^2 * 7^3 * 11^1 * 67^1 * 49201^1");

Expression ew = new Expression("71^1 * 218549^1 * 6195547^1");

String h = mXparser.numberToAsciiString( eh.calculate() );

String w = mXparser.numberToAsciiString( ew.calculate() );

mXparser.consolePrintln(h + " " + w);

}

}

EvalEx

https://github.com/uklimaschewski/EvalEx

使用示例：

new Expression("123456789 + 123456789").eval(); // 246913600

new Expression("123456789 + 123456789")

.setPrecision(12)

.eval(); // 246913578

用于Java算术表达式计算的第三方库还有许多，这里不再一一列举。

3. 自己动手

要计算算术表达式计算，还可以自己动手实现Parser。有许多有名的算法，比如Dijkstra的双堆栈算法计算表达式。参考实现如下：

/******************************************************************************

* Compilation: javac Evaluate.java

* Execution: java Evaluate

* Dependencies: Stack.java

*

* Evaluates (fully parenthesized) arithmetic expressions using

* Dijkstra's two-stack algorithm.

*

* % java Evaluate

* ( 1 + ( ( 2 + 3 ) * ( 4 * 5 ) ) )

* 101.0

*

* % java Evaulate

* ( ( 1 + sqrt ( 5 ) ) / 2.0 )

* 1.618033988749895

*

*

* Note: the operators, operands, and parentheses must be

* separated by whitespace. Also, each operation must

* be enclosed in parentheses. For example, you must write

* ( 1 + ( 2 + 3 ) ) instead of ( 1 + 2 + 3 ).

* See EvaluateDeluxe.java for a fancier version.

*

*

* Remarkably, Dijkstra's algorithm computes the same

* answer if we put each operator *after* its two operands

* instead of *between* them.

*

* % java Evaluate

* ( 1 ( ( 2 3 + ) ( 4 5 * ) * ) + )

* 101.0

*

* Moreover, in such expressions, all parentheses are redundant!

* Removing them yields an expression known as a postfix expression.

* 1 2 3 + 4 5 * * +

*

*

******************************************************************************/

public class Evaluate {

public static void main(String[] args){

Stack ops = new Stack();

Stack vals = new Stack();

while (!StdIn.isEmpty()) {

String s = StdIn.readString();

if (s.equals("(")) ;

else if (s.equals("+")) ops.push(s);

else if (s.equals("-")) ops.push(s);

else if (s.equals("*")) ops.push(s);

else if (s.equals("/")) ops.push(s);

else if (s.equals("sqrt")) ops.push(s);

else if (s.equals(")")) {

String op = ops.pop();

double v = vals.pop();

if (op.equals("+")) v = vals.pop() + v;

else if (op.equals("-")) v = vals.pop() - v;

else if (op.equals("*")) v = vals.pop() * v;

else if (op.equals("/")) v = vals.pop() / v;

else if (op.equals("sqrt")) v = Math.sqrt(v);

vals.push(v);

}

else vals.push(Double.parseDouble(s));

}

StdOut.println(vals.pop());

}

}

总结

用Java进行算术表达式计算可以采用JDK提供的Javascript引擎、第三方库，也可以使用自定义Parser。可以根据自己的需要和项目特点自行选择合适解决方案。

祝编程愉快！

参考文章

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好文章，我在看❤️

原文始发于微信公众号(ImportNew)：一文了解如何用 Java 进行算术表达式计算