Java简易计算器实现与表达式解析详解

Java简易计算器应采用双栈法或递归下降解析器，通过操作数与运算符双栈按优先级归约，支持括号、负号、小数及空格处理，封装为Calculator类提供evaluate()接口，并覆盖边界与错误场景测试。

Java中实现简易计算器，核心在于将用户输入的字符串表达式（如 "3 + 5 * 2"）安全、准确地解析并计算出结果。不依赖 javax.script.ScriptEngine 等外部执行机制，而是通过手动解析——推荐使用**双栈法（运算符优先级 + 中缀转后缀）** 或 **递归下降解析器**，兼顾可控性、可读性与教学价值。

一、选择合适的解析策略：双栈法更易上手

双栈法用两个栈分别保存操作数和运算符，按优先级逐步归约，适合四则运算+括号，逻辑清晰、调试方便。

• 遇到数字：直接入操作数栈
• 遇到运算符：比较其与运算符栈顶的优先级；若栈顶优先级 ≥ 当前，先弹出栈顶运算符并计算，再将当前符入栈
• 遇到左括号：'(' 直接入运算符栈
• 遇到右括号：')' 持续弹出并计算，直到遇见左括号（左括号丢弃）
• 表达式结束：清空运算符栈，逐个计算剩余运算

二、关键细节处理：空格、负号与非法输入

真实输入常含空格（如 "10 - (-3)"），需预处理或在解析中跳过；一元负号（如 "-5 + 3"）易与减号混淆，建议在词法分析阶段区分：若减号前无操作数或只有左括号/运算符，则视为一元负号，转为 "0-5" 或单独压入符号标记。

• 用 Character.isDigit() 和 Character.isWhitespace() 安全识别字符类型
• 支持小数：识别 '.' 及其前后数字组合，用 Double.parseDouble() 转换
• 输入校验：发现非法字符（如字母、特殊符号）立即抛出 IllegalArgumentException

三、封装成可复用组件：Calculator 类设计

避免写成单个 main 方法，应封装为独立类，提供 clean 的 API：

• public double evaluate(String expression)：主入口，返回计算结果
• private List tokenize(String s)：将字符串切分为数字、运算符、括号等 Token
• private int getPrecedence(char op)：定义 *, / 优先级为 2，+, - 为 1，括号为 0
• 异常统一处理：包装为自定义 CalculationException，带原始表达式与错误位置

四、测试与边界覆盖：不能只算“2+2”

验证逻辑健壮性需覆盖典型场景：

• 基本运算："1 + 2 * 3" → 7.0
• 括号嵌套："(1 + (2 * 3)) - 4" → 3.0
• 负数与小数："-3.5 * 2 + 1" → -6.0
• 空格混合：" 10 / ( 2 + 3 ) " → 2.0
• 错误输入："1 + * 2" 应抛异常，而非静默失败

不复杂但容易忽略：表达式首尾空格、连续运算符（如 "1++2"）、除零等运行时异常也需捕获并友好提示。完成这些，你就有了一个真正可用、可调试、可扩展的 Java 简易计算器核心引擎。