堆栈的应用：四则表达式运算

堆栈的经典应用，四则表达式的元算。这里只能操作的符号是：+ - * / ()。不支持大括号...

下面是代码：

package net.itaem.test;import java.util.ArrayList;import java.util.LinkedList;import java.util.List;import java.util.Stack;/** * 堆栈的应用 * 使用这个堆栈完成四则表达式的运算 四则：+ - * // * 比如：3 + (15-1)*2 -10 = 21 * */public class StackApply {//四则表达式，也就是中缀表达式private String source;//程序不验证输入的表达式是否合法，所以请保证输入的表达式有效，否则计算结果可能无效//要求结果的四则表达式public StackApply(String source){if(source == null || "".equals(source)) throw new RuntimeException("输入的表达式不能为空");this.source = source;}//将中缀表达式变成后缀表达式public List<String> toLaterPattern(){//定义一个堆栈，用来保存操作符号Stack<Character> calStack = new Stack<Character>();//定义一个顺序表，用来存储表达式中的数字List<Integer> intList = new LinkedList<Integer>();//后缀表达式的最后结果List<String> resultList = new ArrayList<String>();//取出中缀表达式里面的全部数字String[] intArrays = source.split("[^0-9]");//将数字添加到集合中，并且去掉空值for(String intArray: intArrays){if(!"".equals(intArray)){intList.add(Integer.parseInt(intArray));}}int index = 0;int fromIndex = 0;//遍历后缀表达式for(int i=0; i<source.length();){//如果是数字，将数字添加到后缀表达式中if(isNumber(source.charAt(i))){//添加数值到结果集resultList.add(intList.get(index) + "");//查看这个数值占用的位数int intLength = (intList.get(index) + "").length();//修改下一个i的值i = source.indexOf(intList.get(index) + "", fromIndex) + intLength;//记录下下一个数值的起始处fromIndex = i;index++;}//如果是 + - * / ( ) 这四个符号，进行进出站操作else if(isCalculator(source.charAt(i))){//如果是'('，进入堆栈if(source.charAt(i) == '('){calStack.add(source.charAt(i));//弹出第一栈顶到第一个（之间的操作符号}else if(')' == source.charAt(i)){  //将数字的内容出栈Character pop = null;//输出（）之间的内容while((pop = calStack.pop()) != '('){char[] p = new char[1];p[0] = pop;//将出栈的内容添加到结果集中resultList.add(new String(p));}}else{   //这里处理 + - * /的情况//是* /if(source.charAt(i) == '*' || source.charAt(i) == '/'){calStack.push(source.charAt(i));   //因为 * /的优先级比较高，直接压入堆栈之中}else if(source.charAt(i) == '+' || source.charAt(i) == '-'){//判断堆栈里面的内容，看看优先级关系if(calStack.isEmpty()){   //如果为空，直接添加进去堆栈之中calStack.push(source.charAt(i));}else{//取出第一个运算符号，这里不是弹出char pop = calStack.peek();//查看是否是优先级比较高的符号if(pop == '*' || pop == '/'){while(!calStack.isEmpty()){    //输出所有优先级比较高的运算符pop = calStack.pop();if(pop == '*' || pop == '/'){  //如果是 * /，优先级比较高，压入到堆栈中resultList.add(pop + "");   }else{   //优先级比较低，停止break;    }}//弹出完成之后，要将此次的操作符添加到堆栈中calStack.push(source.charAt(i));}else{   //如果是相同优先级的+ -，添加到堆栈之中// 1-2-3-4不满足结合律，所以要特殊处理，将数字改变为负数if(source.charAt(i) == '-' && pop == '-'){resultList.set(index-1, -intList.get(index-1) + "");}calStack.push(source.charAt(i));}}}}i++;}}//将堆栈里面所有的操作符号取出来List<String> pops = new LinkedList<String>();while(!calStack.isEmpty()){pops.add(calStack.pop()+"");}for(String pop: pops){resultList.add(pop);}return resultList;}public String each(char c){return null;}private boolean isCalculator(char c) {switch(c){case '+':case '-':case '*':case '/':case '(':case ')':return true;default:return false;}}//判断一个字符是否是数字private boolean isNumber(char c) {switch(c){case '0':case '1':case '2':case '3':case '4':case '5':case '6':case '7':case '8':case '9':return true;default:return false;}}//返回计算结果public float result(){//得到后缀运算表达式的内容List<String> laterPattern = toLaterPattern();//用来保存计算结果的堆栈Stack<Float> floatStack = new Stack<Float>();float calResult = 0;//计算结果//计算过程：如果是数字，进堆栈，如果是运算操作符，出栈，然后执行运算，再将运算结果压入堆栈for(String c: laterPattern){if(c.matches("-?\\d+")){    //将数字取出来，然后压入堆栈中//将数字压入到堆栈中floatStack.push(Float.parseFloat(c));}else{//取出两个操作数float first = floatStack.pop();float second = 0;//处理是负数的情况if(!floatStack.isEmpty()){second = floatStack.pop();}char choose = c.toCharArray()[0];switch(choose){case '+': calResult = second+first;break;case '-': //2-(-2)==4，所以这里要特殊处理if(first > 0){  calResult = second - first;}else{calResult = second + first;}break;case '*': calResult = second*first;break;case '/': calResult = second/first; //记得转为float，避免出现 3/2 == 1的情况break;default:throw new RuntimeException("操作符有错误...目前暂且不支持+ - * / ( ) 之外的运算符");}//将计算结果压入堆栈floatStack.push(calResult);}}//最后一个栈顶元素就是结果return floatStack.pop();}public static void main(String[] args) {System.out.println("1+2+3+4 = " + new StackApply("1+2+3+4").result());System.out.println("1+2+3*4 = " + new StackApply("1+2+3*4").result());System.out.println("(-11)+2+3*4 = " + new StackApply("(-11)+2+3*4").result());System.out.println("11+2/3*4 = " + new StackApply("11+2/3*4").result());System.out.println("1*2*3*4 = " + new StackApply("1*2*3*4").result());System.out.println("1/(2/(3/4)) = 1/2/3/4 = " + new StackApply("1/2/3/4").result() + " = " + new StackApply("1/2/3/4").result());   //相当于是 1/(2/(3/4))System.out.println("1+2*3-1 = " + new StackApply("1+2*3-1").result());System.out.println("1-2-3-4 = " + new StackApply("1-2-3-4").result());}}

上面的代码可能有点乱，不过主要的思想就是堆栈的应用

运算结果：

1+2+3+4 = 10.01+2+3*4 = 15.0(-11)+2+3*4 = 3.011+2/3*4 = 11.1666671*2*3*4 = 24.01/(2/(3/4)) = 1/2/3/4 = 0.375 = 0.3751+2*3-1 = 5.01-2-3-4 = -8.0

总结：堆栈是一个FIRST IN LAST OUT，典型的FILO的数据结构。在计算机中，应用很广泛，大家可以认真研究下...