使用java实现表达式求值器
时间: 2025-01-04 20:15:34 浏览: 7
### 使用 Java 实现表达式求值器
#### 1. 表达式求值器概述
表达式求值器是一种能够解析并计算数学表达式的工具。其工作流程一般分为三个阶段:解析、构建和求值[^2]。
#### 2. 编译型 vs 解释型实现
一种高效的实现方法是将表达式编译成Java字节码,再利用JVM执行这些字节码。这种方式相较于传统的逐字符解释执行,在性能上有显著提升[^1]。
#### 3. 正则表达式用于词法分析
为了有效地区分操作数与运算符,可以借助正则表达式来进行初步的词法分析。例如,下面这段代码展示了如何定义一个模式来匹配整数以及常见的算术运算符:
```java
Pattern pattern = Pattern.compile("\\d+|[()+\\-*/^%]");
```
此模式能帮助程序识别输入字符串中的各个组成部分,从而为进一步处理奠定基础[^4]。
#### 4. 后缀表达式的应用
考虑到前缀或中缀表示可能导致复杂度增加,转换为后缀表达式(逆波兰记号)后再进行计算不失为一个好的策略。这种方法不仅简化了算法设计,而且非常适合用栈结构来辅助完成整个过程[^3]。
#### 5. 完整示例代码
基于上述原理,这里给出一段简单的Java代码片段作为示范,该代码实现了基本四则运算的支持:
```java
import java.util.*;
public class ExpressionEvaluator {
private static final Map<String, Integer> precedenceMap;
static {
precedenceMap = new HashMap<>();
precedenceMap.put("+", 1);
precedenceMap.put("-", 1);
precedenceMap.put("*", 2);
precedenceMap.put("/", 2);
}
public static int evaluate(String expression) throws Exception {
Deque<Integer> values = new ArrayDeque<>(); // 存储数值
Deque<String> ops = new ArrayDeque<>(); // 存储操作符
String[] tokens = expression.split(" ");
for (String token : tokens) {
if (isNumeric(token)) { // 如果当前token是一个数字,则压入values栈
values.push(Integer.parseInt(token));
} else if (precedenceMap.containsKey(token)){// 若遇到操作符...
while (!ops.isEmpty() && hasPrecedence(ops.peek(), token)){
processAnOperator(values, ops); // 处理之前的操作符直到优先级低于新来的为止
}
ops.push(token); // 将新的操作符加入到op栈顶
} else if ("(".equals(token)) { // 左括号直接进入op栈
ops.push(token);
} else if (")".equals(token)) { // 右括号触发一次完整的子表达式求解
while (!"(".equals(ops.peek())) {
processAnOperator(values, ops);
}
ops.pop(); // 移除左括号
}
}
while (!ops.isEmpty()) // 清空剩余的操作符
processAnOperator(values, ops);
return values.pop();
}
private static boolean isNumeric(String str){
try{
Double.parseDouble(str);
return true;
}catch(NumberFormatException e){
return false;
}
}
private static void processAnOperator(
Deque<Integer> valuesStack,
Deque<String> operatorsStack) {
String op = operatorsStack.pop();
int right = valuesStack.pop();
int left = valuesStack.pop();
switch(op.charAt(0)){
case '+': valuesStack.push(left + right); break;
case '-': valuesStack.push(left - right); break;
case '*': valuesStack.push(left * right); break;
case '/':
if(right == 0)
throw new ArithmeticException("Division by zero");
valuesStack.push(left / right);
break;
}
}
private static boolean hasPrecedence(String op1, String op2){
return precedenceMap.getOrDefault(op1, 0) >= precedenceMap.getOrDefault(op2, 0);
}
}
```
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