Android版计算器（java实现，包含小数、负数、括号）代码和讲解

1.界面设计

使用的ConstraintLayout作为主布局容器。
关于ConstrainLayout如何使用
结果如下

设计代码如下

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="match_parent"tools:context=".MainActivity"><TextViewandroid:id="@+id/output"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="180dp"android:gravity="bottom|right"style="@style/OutputTextStyle"android:textStyle="bold"android:hint="0"android:padding="10dp"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/line"app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"/><Viewandroid:id="@+id/line"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="3dp"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/add"android:background="@color/black"/><Buttonandroid:id="@+id/one"style="@style/ButtonStyle"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"android:text="1"android:layout_marginLeft="5dp"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/dot"app:layout_constraintRight_toLeftOf="@id/two"app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"app:layout_constraintTop_toBottomOf="@+id/four"app:layout_constraintTop_toTopOf="parent"app:layout_constraintVertical_bias="1.0"android:onClick="onClick" /><Buttonandroid:id="@+id/two"style="@style/ButtonStyle"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"android:text="2"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/zero"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@+id/one"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/three"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="3"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/equal"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/two"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/del"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="C"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/nine"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/rightParenthesis"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/four"style="@style/ButtonStyle"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"android:layout_marginLeft="5dp"android:text="4"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/one"app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/five"style="@style/ButtonStyle"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"android:text="5"app:layout_constraintStart_toEndOf="@id/four"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/two"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/six"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="6"app:layout_constraintStart_toEndOf="@id/five"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/three"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/seven"style="@style/ButtonStyle"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"android:layout_marginLeft="5dp"android:text="7"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/four"app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/eight"style="@style/ButtonStyle"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"android:text="8"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/five"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/seven"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/nine"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="9"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/six"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/eight"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/dot"style="@style/ButtonStyle"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"android:layout_marginLeft="5dp"android:text="."app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/leftParenthesis"style="@style/ButtonStyle"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"android:layout_marginLeft="5dp"android:text="("app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/seven"app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/rightParenthesis"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text=")"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/leftParenthesis"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/eight"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/equal"android:layout_width="200dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="="app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@+id/zero"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/zero"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="0"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/dot"app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/add"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="+"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/del"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/sub"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/sub"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="-"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/mul"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/nine"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/mul"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="*"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/div"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/six"android:onClick="onClick"/><Buttonandroid:id="@+id/div"android:layout_width="100dp"android:layout_height="80dp"style="@style/ButtonStyle"android:text="/"app:layout_constraintBottom_toTopOf="@id/equal"app:layout_constraintLeft_toRightOf="@id/three"android:onClick="onClick"/></androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

使用到的values文件，colors.xml和styles.xml

2.功能需求

能正确计算加、减、乘、除、包含小括号，小数，负数

3.具体实现

用到的技术点
①中缀转后缀生成后缀表达式（计算器的核心）
中最转后缀算法：
需要两个栈：符号栈和数字栈
1.符号栈为空，当前元素直接入栈；或者当前字符为"(“，直接入栈
2.遇到“）”，将符号栈里内容一一出栈，直到遇到”("
3.其他字符的情况，比较当前字符与符号栈顶字符的优先级，若当前元素的优先级大于栈顶元素的优先级，直接入栈；否则，一直出栈，直到符合当前元素的优先级大于栈顶元素优先级的要求，或者遇到“（”
如下是代码实现，包含了后缀表达式的运算

public Result SuffixesToSuffixes(String expression) throws CalException, ArithmeticException {String resExpression = "";Stack<Character> stack = new Stack<>();Stack<BigDecimal> numberStack = new Stack<>();Result result = new Result();boolean isMinus = false; //假设不是负数for(int i = 0 ; i < expression.length();  ){String str1 = "";//判断是负数if(expression.charAt(i) == '-' && (i + 1) < expression.length() && isNumber(expression.charAt(i + 1))){if(i == 0 || isOperator(expression.charAt(i - 1))){isMinus = true;i++;continue;}}//是数字组成部分while (i < expression.length() && isNumberOrDot(expression.charAt(i))) {str1 = str1 + expression.charAt(i++);}//数字内容处理if(!str1.equals("")){resExpression += str1;//检查当前数字是否合法service.checkNumber(str1);//将String转换为对应的BigDecimal对象BigDecimal bd = new BigDecimal(str1);//转换成负数if(isMinus){BigDecimal bd1 = new BigDecimal("-1");bd = bd.multiply(bd1);isMinus = false;}//为了显式好看，处理double类型尾部是0的情况，直接转换成对应整数if(bd.doubleValue() == bd.intValue()){bd = new BigDecimal(bd.intValue());}else{bd = new BigDecimal(bd.doubleValue());}//将BigDecimal对象压栈numberStack.push(bd);//其他字符处理}else{//1.栈为空，当前元素直接入栈；或者当前字符为"("，直接入栈if(stack.isEmpty() || expression.charAt(i) == '('){stack.push(expression.charAt(i));//2.遇到“）”，将栈里内容一一出栈，直到遇到"("}else if(expression.charAt(i) == ')'){while (stack.peek() != '('){char c = stack.pop();resExpression += c;service.calculate(numberStack, c);}//“（”出栈stack.pop();}else{//3.其他字符的情况，比较当前字符与栈顶字符的优先级，若当前元素的优先级大于栈顶元素的优先级，直接入栈；否则，一直出栈，// 直到符合要求，或者遇到“（”if(operatorPrecedent(expression.charAt(i)) > operatorPrecedent(stack.peek())){stack.push(expression.charAt(i));}else{while(!stack.isEmpty() && stack.peek() != '('&& operatorPrecedent(expression.charAt(i)) <= operatorPrecedent(stack.peek())) {char c = stack.pop();resExpression += c;service.calculate(numberStack, c);}stack.push(expression.charAt(i));}}i++;}}while(!stack.isEmpty()){char c = stack.pop();resExpression += c ;service.calculate(numberStack, c);}result.setNumberStack(numberStack);result.setPostfixExpression(resExpression);return result;}

②运算符优先级比较

int operatorPrecedent(char c){if(c == '*' || c == '/')return 2;if(c == '+' || c == '-')return 1;return -1;}

③判断是数字

 boolean isNumber(char c){if(c == '0' || c == '1' || c == '2' || c=='3' || c=='4'|| c=='5' || c=='6' || c=='7' || c=='8' || c=='9'){return true;}return false;}

④判断是数字的组成部分（比数字多了一个小数点）

 static boolean isNumberOrDot(char c){if(isNumber(c) || c == '.'){return true;}return false;}

⑤判断是合法小数

  void checkNumber(String str) throws CalException {int dotCount = 0;for(int i = 0 ; i < str.length(); i++){if(str.charAt(i) == '.')dotCount++;}if(dotCount > 1){throw new CalException("表达式输入有误！");}}

⑥判断是操作数符号

 boolean isOperator(char ch){if(ch == '+' || ch == '-' || ch == '*' || ch == '/' || ch =='(')return true;return false;}

⑦负数正确转换成数字
在中缀转后缀表达式的算法中有包含:
判断是负数，则isMinus标志设为true，后期数字转换的过程中判断，如果标志为true则给转换出来的数字乘-1，转换成负数。

 //判断是负数if(expression.charAt(i) == '-' && (i + 1) < expression.length() && isNumber(expression.charAt(i + 1))){if(i == 0 || isOperator(expression.charAt(i - 1))){isMinus = true;i++;continue;}}

⑧大数运算
数字使用BigDecimal

4.可能出现的闪退情况

除0异常
表达式错误（包含乱写表达式，数字输入有问题，符号或者数字多了少了）
大数除法需要指定精度

5.处理闪退情况

自定义异常类，在处理表达式的过程中抛异常，在调用该方法的地方处理异常

6.考虑是否使用架构mvc、mvp、mvvm等…

没考虑

7.可以优化的地方

关于小数点的问题，可以在用户按下小数点，自动补即按 ‘.’ 显示“0.”，并在按’.‘的逻辑中不让用户对一个数字可以按出两个及以上的’.'，这样也就不需要检查数字的合法性了。

运行结果截图

1.表达式"-1*2+(-1+2)"

2.表达式"1.1+23(4.4*5+6)*7"

代码及简要讲解

我写了四个类和一个Android主界面类来实现此功能：
①CalException:自定义的异常类
②CalService：处理计算过程和检查数字合法性
③ExpressionTool：完成中缀转后缀以及用到的一些判断方法
④Result：自定义返回的数据类型，属性包含：一个栈（用来保存数字）和一个String（用来保存中缀转后缀，生成的后缀表达式）
⑤MainActivity.java:主界面逻辑代码

其中，最主要的是ExpressionTool类，它完成了中缀转后缀的整个过程.
代码如下：
①CalException.java 这是一个自定义的异常类

public class CalException extends  Exception{static final long serialVersionUID = -3381275169931242948L;public CalException(String msg){super(msg);}
}

②CalService.java 这个类用于计算

package com.example.mycalculate;import java.math.BigDecimal;
import java.math.RoundingMode;
import java.util.Stack;public class CalService {//检查数字（小数）void checkNumber(String str) throws CalException {int dotCount = 0;for(int i = 0 ; i < str.length(); i++){if(str.charAt(i) == '.')dotCount++;}if(dotCount > 1){throw new CalException("表达式输入有误！");}}//计算两个数的某种运算public void  calculate(Stack<BigDecimal> numberStack , char ch){BigDecimal num2 = numberStack.pop();BigDecimal num1 = numberStack.pop();BigDecimal res = calculate(num1, num2, ch);numberStack.push(res);}//具体计算public BigDecimal calculate(BigDecimal num1, BigDecimal num2, char c) throws ArithmeticException{BigDecimal res = new BigDecimal("0");switch (c){case '+': res = num1.add(num2);break;case '-': res = num1.subtract(num2);break;case '*': res = num1.multiply(num2);break;case '/':if(num2.equals(0))throw new ArithmeticException();res = num1.divide(num2,16 ,RoundingMode.HALF_UP);//注意相除产生无线小数的情况，需要指明精度，以及舍入模式break;}return res;}
}

③ExpressionTool.java
主要讲一下方法SuffixesToSuffixes(String expression)，这个方法中完成了中缀转后缀并计算，传入一个String类型的表达式。
首先需要两个栈，数字栈numberStack,运算符号栈stack.
表达式处理逻辑为：

package com.example.mycalculate;
import java.math.BigDecimal;
import java.util.Stack;public class ExpressionTool {CalService service = new CalService();/*** 中缀转后缀表达式* @param expression* @return*/public Result SuffixesToSuffixes(String expression) throws CalException, ArithmeticException {String resExpression = "";Stack<Character> stack = new Stack<>();Stack<BigDecimal> numberStack = new Stack<>();Result result = new Result();boolean isMinus = false; //假设不是负数for(int i = 0 ; i < expression.length();  ){String str1 = "";//判断是负数if(expression.charAt(i) == '-' && (i + 1) < expression.length() && isNumber(expression.charAt(i + 1))){if(i == 0 || isOperator(expression.charAt(i - 1))){isMinus = true;i++;continue;}}//是数字组成部分while (i < expression.length() && isNumberOrDot(expression.charAt(i))) {str1 = str1 + expression.charAt(i++);}//数字内容处理if(!str1.equals("")){resExpression += str1;//检查当前数字是否合法service.checkNumber(str1);//将String转换为对应的BigDecimal对象BigDecimal bd = new BigDecimal(str1);//转换成负数if(isMinus){BigDecimal bd1 = new BigDecimal("-1");bd = bd.multiply(bd1);isMinus = false;}//为了显式好看，处理double类型尾部是0的情况，直接转换成对应整数if(bd.doubleValue() == bd.intValue()){bd = new BigDecimal(bd.intValue());}else{bd = new BigDecimal(bd.doubleValue());}//将BigDecimal对象压栈numberStack.push(bd);//其他字符处理}else{//1.栈为空，当前元素直接入栈；或者当前字符为"("，直接入栈if(stack.isEmpty() || expression.charAt(i) == '('){stack.push(expression.charAt(i));//2.遇到“）”，将栈里内容一一出栈，直到遇到"("}else if(expression.charAt(i) == ')'){while (stack.peek() != '('){char c = stack.pop();resExpression += c;service.calculate(numberStack, c);}//“（”出栈stack.pop();}else{//3.其他字符的情况，比较当前字符与栈顶字符的优先级，若当前元素的优先级大于栈顶元素的优先级，直接入栈；否则，一直出栈，// 直到符合要求，或者遇到“（”if(operatorPrecedent(expression.charAt(i)) > operatorPrecedent(stack.peek())){stack.push(expression.charAt(i));}else{while(!stack.isEmpty() && stack.peek() != '('&& operatorPrecedent(expression.charAt(i)) <= operatorPrecedent(stack.peek())) {char c = stack.pop();resExpression += c;service.calculate(numberStack, c);}stack.push(expression.charAt(i));}}i++;}}while(!stack.isEmpty()){char c = stack.pop();resExpression += c ;service.calculate(numberStack, c);}result.setNumberStack(numberStack);result.setPostfixExpression(resExpression);return result;}//判断是否是操作符static boolean isOperator(char ch){if(ch == '+' || ch == '-' || ch == '*' || ch == '/' || ch =='(')return true;return false;}//判断是否是数字static boolean isNumber(char c){if(c == '0' || c == '1' || c == '2' || c=='3' || c=='4'|| c=='5' || c=='6' || c=='7' || c=='8' || c=='9'){return true;}return false;}/*** 返回操作符的优先级，“*”和“/”的优先级为2，“+”和“-”的优先级为“1”* @param c* @return*/int operatorPrecedent(char c){if(c == '*' || c == '/')return 2;if(c == '+' || c == '-')return 1;return -1;}//是数字或者'.'static boolean isNumberOrDot(char c){if(isNumber(c) || c == '.'){return true;}return false;}
}

④Result.java 自定义的返回类型，返回一个数字栈用于存中缀转后缀中的数字和一个表达式String用于返回中缀转后缀的最终后缀表达式

import java.math.BigDecimal;
import java.util.Stack;public class Result {Stack<BigDecimal> numberStack = null;String postfixExpression = "";public Result(){numberStack = new Stack<>();}public void setPostfixExpression(String postfixExpression) {this.postfixExpression = postfixExpression;}public String getPostfixExpression() {return postfixExpression;}public Stack<BigDecimal> getNumberStack() {return numberStack;}public void setNumberStack(Stack<BigDecimal> numberStack) {this.numberStack = numberStack;}
}