01.Java 开发简单的计算器

难度为一般，适合具有 Java 基础和 Swing 组件编程知识的用户学习
一、 实验介绍
1.1 实验内容
本次实验利用Java开发一个可以进行简单的四则运算的图形化计算器，会使用到 Java Swing 图形组件进行开发。
1.2 实验知识点
Java Swing 界面编程
计算器逻辑运算实现
1.3 实验环境
本实验环境采用带桌面的 Ubuntu Linux 环境，实验中会用到环境或软件：
JDK1.7
Xfce终端
Eclipse：一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台，用于 Java 程序开发。
1.4 适合人群
本课程难度为一般难度，属于初级课程，适合具有Java基础和Swing组件编程知识的用户学习。
1.5 代码获取
你可以通过下面命令将实验的完整代码下载到实验楼环境中，作为参照对比进行学习。
$ wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/185/Calculator.java
二、 实验原理
要制作一个计算器，首先需要知道它由哪些部分组成。

从结构上来说，一个简单的图形界面，需要由界面组件、组件的事件监听器（响应各类事件的逻辑）和具体的事件处理逻辑组成。

整个代码结构如下图所示：

界面实现的主要工作是创建各个界面组件对象，对其进行初始化，以及控制各组件之间的层次关系和布局。

三、 实验步骤
接下来我们使用Eclipse来开发我们的计算器程序。
3.1 项目创建
方式1：请双击打开桌面上的 eclipse ，等待启动完成后，按照下面的步骤来创建项目。
如果你对该步骤已经非常熟悉，可以直接跳转到下一小节学习。
（1）在文件菜单 File 中选择 New -> Project 来创建项目。
此处输入图片的描述
（2）在弹出的新建项目对话框中选择 Java Project，并点击 Next 按钮进入下一步。
此处输入图片的描述
（3）在 Project name 一栏填写项目名称 Calculator，并点击 Finish 按钮完成创建。
此处输入图片的描述
（4）如果遇到下图所示的对话框，点击 Yes 按钮确认即可。
此处输入图片的描述
（5）在创建好后的项目目录 src 上右键点击，在右键菜单中选择 New -> Class 来创建一个类。
此处输入图片的描述
（6）在新建类对话框中填写包名 com.shiyanlou.calculator 和类名 Calculator （首字母大写）。点击 Finish 按钮完成创建。
此处输入图片的描述
（7）按照本课程后面的内容编辑 Calculator.java 文件。
方式2：如同方式1一样用Eclipse创建好包，通过Xfce终端下载完整代码，再加入到包中。
3.2 UI 组件创建和初始化
首先我们需要将界面中要用到的 UI 组件作为 Calculator 类的成员变量在一开始声明。在阅读代码之前，可以思考一下都要用到哪些 UI 组件，以及这些代码应当写在哪个位置等等。一个计算器界面至少包括窗口、按钮和显示文本框。

// 创建一个 JFrame 对象并初始化。JFrame 可以理解为程序的主窗体。
JFrame frame = new JFrame("Calculator");
// 创建一个 JTextField 对象并初始化。 JTextField 是用于显示操作和计算结果的文本框。
// 参数 20 表明可以显示 20 列的文本内容
JTextField result_TextField = new JTextField(result, 20);
// 清除按钮
JButton clear_Button = new JButton("Clear");
// 数字键0到9
JButton button0 = new JButton("0");
JButton button1 = new JButton("1");
JButton button2 = new JButton("2");
JButton button3 = new JButton("3");
JButton button4 = new JButton("4");
JButton button5 = new JButton("5");
JButton button6 = new JButton("6");
JButton button7 = new JButton("7");
JButton button8 = new JButton("8");
JButton button9 = new JButton("9");
// 计算命令按钮，加减乘除以及小数点等
JButton button_Dian = new JButton(".");
JButton button_jia = new JButton("+");
JButton button_jian = new JButton("-");
JButton button_cheng = new JButton("*");
JButton button_chu = new JButton("/");

// 计算按钮
JButton button_dy = new JButton("=");
3.3 在窗体中添加 UI 组件
这个计算器有两个 JPanel。

什么是 JPanel：JPanel 是一般轻量级容器。如上图所示，你可以将其理解为一个盛放其他 UI 组件的“篮子”。 JPanel 位于 javax.swing 包中，为面板容器，可以加入到 JFrame 中 ， 它自身是个容器，也可以把其他 component （组件） 加入到 JPanel 中，例如 JButton、JTextArea、JTextField 等。

在这个项目中，两个 JPanel 分别对应这个计算器按键除 “Clear” 键外其他的键，另个面板则是输出栏跟 “Clear” 键（截取部分代码），参考如下图。

同样，在书写本段代码时，你应当思考它应该放在哪个部分。如果不清楚，可以回到上面的代码结构中查看。

可供参考的代码如下所示：
// 创建一个 Jpanel 对象并初始化
JPanel pan = new JPanel();
// 设置该容器的布局为四行四列，边距为5像素
pan.setLayout(new GridLayout(4, 4, 5, 5));

// 将用于计算的按钮添加到容器内
pan.add(button7);
pan.add(button8);
pan.add(button9);
pan.add(button_chu);
pan.add(button4);
pan.add(button5);
pan.add(button6);
pan.add(button_cheng);
pan.add(button1);
pan.add(button2);
pan.add(button3);

pan.add(button_jian);
pan.add(button0);
pan.add(button_Dian);
pan.add(button_dy);
pan.add(button_jia);

// 设置 pan 对象的边距
pan.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5, 5, 5, 5));

// 按照同样的方式设置第二个JPanel
JPanel pan2 = new JPanel();
pan2.setLayout(new BorderLayout());
pan2.add(result_TextField, BorderLayout.WEST);
pan2.add(clear_Button, BorderLayout.EAST);
布局结束后，就是计算器的难点：事件处理程序。
3.4 添加事件响应逻辑
对于计算器而言，涉及到的事件响应逻辑主要有：数字键、加减乘除运算、小数点处理、等于以及清除。
请你思考一下，这里的几个开关状态是用于什么目的？
代码如下（截取部分代码，这里是通过类方法处理的）：
// 等于按键的逻辑，即在输入完成后开始计算
class Listener_dy implements ActionListener {
@SuppressWarnings("unchecked")
public void actionPerformed(ActionEvent e) {

store = (JButton) e.getSource();
vt.add(store);
yuns();

// 还原开关k1状态
k1 = 1;

// 还原开关k2状态
k2 = 1;

// 还原开关k3状态
k3 = 1;

// 还原开关k4状态
k4 = 1;

// 为 7+5=12 +5=17 这种计算做准备
str1 = result;
}
}

3.5 计算逻辑的实现
计算的逻辑要针对输入的不同运算符来对操作数进行运算，同时还要考虑到除以0这种不合理的算法容错。

主要代码如下：

public void cal() {

// 操作数1
double a2;

// 操作数2
double b2;

// 运算符
String c = signal;

// 运算结果
double result2 = 0;

if (c.equals("")) {
result_TextField.setText("Please input operator.");

} else {

// 字符串 "." 转换成double型数据时，会出错，所以自己编写逻辑来转换

if (str1.equals("."))
str1 = "0.0";
if (str2.equals("."))
str2 = "0.0";
a2 = Double.valueOf(str1).doubleValue();
b2 = Double.valueOf(str2).doubleValue();

if (c.equals("+")) {
result2 = a2 + b2;
}
if (c.equals("-")) {
result2 = a2 - b2;
}
if (c.equals("*")) {
// 防止浮点数计算失去精度
BigDecimal m1 = new BigDecimal(Double.toString(a2));
BigDecimal m2 = new BigDecimal(Double.toString(b2));
result2 = m1.multiply(m2).doubleValue();
}
if (c.equals("/")) {
if (b2 == 0) {
// 防止除0这种不合理的运算出现
result2 = 0;
} else {
result2 = a2 / b2;
}

}

result = ((new Double(result2)).toString());

result_TextField.setText(result);
}
}
至此，整个计算器的主要逻辑就已经讲解完毕，请自行补充其他的细节。

完成后，请点击菜单中的 Run -> Run 选项或者点击工具栏上方的运行按钮来编译运行这个项目。

如果没有遇到错误，则会弹出计算器的窗口。
你可以试用一下。

四、 实验总结
至此，相信你已经完成了所有的工作。我们在本实验内学习了如何制作一个简易的计算器，具体来说，学习了如何制作 Swing 图形化界面以及为 UI 组件设置事件响应逻辑。

你可能注意到项目的最后部分有如下的代码：

try {
UIManager.setLookAndFeel("com.sun.java.swing.plaf.windows.WindowsLookAndFeel");
} catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}
我们是试图通过 UIManager 来设置窗体的 UI 风格，如果需要更改，只要做相应的替换就可以了：

Windows 风格：com.sun.java.swing.plaf.windows.WindowsLookAndFeel
Metal 风格（默认）：javax.swing.plaf.metal.MetalLookAndFeel
更换为 Motif 风格：com.sun.java.swing.plaf.motif.MotifLookAndFeel
更换为 Mac 风格：com.sun.java.swing.plaf.mac.MacLookAndFeel
更换为 GTK 风格：com.sun.java.swing.plaf.gtk.GTKLookAndFeel
上述的各种风格需要到相关的操作系统上方可实现。如果你是在 Windows 环境下编程，不妨试一下 Windows 风格。

本次实验目的在于让同学们练习如何使用Java Swing进行可视化编程，实验开发的计算器也只具备基本的逻辑，并没有考虑运算的优先级等问题。

五、课后习题
同学们下来尝试实现一个较为复杂的计算器，考虑运算的优先级，并增加括号，这些需要数据结构方面的一些知识。

具体代码如下：Calculator.java

package com.***.calculator;

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.GridLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.awt.event.KeyEvent;
import java.awt.event.WindowAdapter;
import java.awt.event.WindowEvent;
import java.math.BigDecimal;
import java.util.Vector;

import javax.swing.BorderFactory;
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextField;
import javax.swing.UIManager;

public class Calculator {
// 操作数1，为了程序的安全，初值一定设置，这里我们设置为0。
String str1 = "0";
// 操作数2
String str2 = "0";
// 运算符
String signal = "+";
// 运算结果
String result = "";
// 以下k1至k2为状态开关
// 开关1用于选择输入方向，将要写入str1或str2
int k1 = 1;
// 开关2用于记录符号键的次数，如果 k2>1 说明进行的是 2+3-9+8 这样的多符号运算
int k2 = 1;
// 开关3用于标识 str1 是否可以被清0 ，等于1时可以，不等于1时不能被清0
int k3 = 1;
// 开关4用于标识 str2 是否可以被清0
int k4 = 1;
// 开关5用于控制小数点可否被录入，等于1时可以，不为1时，输入的小数点被丢掉
int k5 = 1;
// store的作用类似于寄存器，用于记录是否连续按下符号键
JButton store;
@SuppressWarnings("rawtypes")
Vector vt = new Vector(20, 10);
// 声明各个UI组件对象并初始化
JFrame frame = new JFrame("Calculator");
JTextField result_TextField = new JTextField(result, 20);
JButton clear_Button = new JButton("Clear");
JButton button0 = new JButton("0");
JButton button1 = new JButton("1");
JButton button2 = new JButton("2");
JButton button3 = new JButton("3");
JButton button4 = new JButton("4");
JButton button5 = new JButton("5");
JButton button6 = new JButton("6");
JButton button7 = new JButton("7");
JButton button8 = new JButton("8");
JButton button9 = new JButton("9");
JButton button_Dian = new JButton(".");
JButton button_jia = new JButton("+");
JButton button_jian = new JButton("-");
JButton button_cheng = new JButton("*");
JButton button_chu = new JButton("/");
JButton button_dy = new JButton("=");

// 计算机类的构造器
public Calculator() {
// 为按钮设置等效键，即可以通过对应的键盘按键来代替点击它
button0.setMnemonic(KeyEvent.VK_0);
// 其它等效键省略，你可以自行补充完整

// 设置文本框为右对齐，使输入和结果都靠右显示
result_TextField.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);

// 将UI组件添加进容器内
JPanel pan = new JPanel();
pan.setLayout(new GridLayout(4, 4, 5, 5));
pan.add(button7);
pan.add(button8);
pan.add(button9);
pan.add(button_chu);
pan.add(button4);
pan.add(button5);
pan.add(button6);
pan.add(button_cheng);
pan.add(button1);
pan.add(button2);
pan.add(button3);
pan.add(button_jian);
pan.add(button0);
pan.add(button_Dian);
pan.add(button_dy);
pan.add(button_jia);
pan.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5, 5, 5, 5));
JPanel pan2 = new JPanel();
pan2.setLayout(new BorderLayout());
pan2.add(result_TextField, BorderLayout.WEST);
pan2.add(clear_Button, BorderLayout.EAST);
// 设置主窗口出现在屏幕上的位置
frame.setLocation(300, 200);
// 设置窗体不能调大小
frame.setResizable(false);
frame.getContentPane().setLayout(new BorderLayout());
frame.getContentPane().add(pan2, BorderLayout.NORTH);
frame.getContentPane().add(pan, BorderLayout.CENTER);
frame.pack();
frame.setVisible(true);
// 事件处理程序
// 数字键
class Listener implements ActionListener {
@SuppressWarnings("unchecked")
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
String ss = ((JButton) e.getSource()).getText();
store = (JButton) e.getSource();
vt.add(store);
if (k1 == 1) {
if (k3 == 1) {
str1 = "";
// 还原开关k5状态
k5 = 1;
}
str1 = str1 + ss;
k3 = k3 + 1;
// 显示结果
result_TextField.setText(str1);
} else if (k1 == 2) {
if (k4 == 1) {
str2 = "";
// 还原开关k5状态
k5 = 1;
}
str2 = str2 + ss;
k4 = k4 + 1;
result_TextField.setText(str2);
}
}
}

// 输入的运算符号的处理
class Listener_signal implements ActionListener {
@SuppressWarnings("unchecked")
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
String ss2 = ((JButton) e.getSource()).getText();
store = (JButton) e.getSource();
vt.add(store);
if (k2 == 1) {
// 开关 k1 为 1 时向数 1 写输入值，为2时向数2写输入值。
k1 = 2;
k5 = 1;
signal = ss2;
k2 = k2 + 1;// 按符号键的次数
} else {
int a = vt.size();
JButton c = (JButton) vt.get(a - 2);

if (!(c.getText().equals("+"))
&& !(c.getText().equals("-"))
&& !(c.getText().equals("*"))
&& !(c.getText().equals("/")))
{
cal();
str1 = result;
// 开关 k1 为 1 时，向数 1 写值，为2时向数2写
k1 = 2;
k5 = 1;
k4 = 1;
signal = ss2;
}
k2 = k2 + 1;
}

}
}

// 清除键的逻辑（Clear）
class Listener_clear implements ActionListener {
@SuppressWarnings("unchecked")
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
store = (JButton) e.getSource();
vt.add(store);
k5 = 1;
k2 = 1;
k1 = 1;
k3 = 1;
k4 = 1;
str1 = "0";
str2 = "0";
signal = "";
result = "";
result_TextField.setText(result);
vt.clear();
}
}

// 等于键的逻辑
class Listener_dy implements ActionListener {
@SuppressWarnings("unchecked")
public void actionPerformed(ActionEvent e) {

store = (JButton) e.getSource();
vt.add(store);
cal();
// 还原各个开关的状态
k1 = 1;
k2 = 1;
k3 = 1;
k4 = 1;
str1 = result;
}
}

// 小数点的处理
class Listener_xiaos implements ActionListener {
@SuppressWarnings("unchecked")
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
store = (JButton) e.getSource();
vt.add(store);
if (k5 == 1) {
String ss2 = ((JButton) e.getSource()).getText();
if (k1 == 1) {
if (k3 == 1) {
str1 = "";
// 还原开关k5状态
k5 = 1;
}
str1 = str1 + ss2;
k3 = k3 + 1;
// 显示结果
result_TextField.setText(str1);
} else if (k1 == 2) {
if (k4 == 1) {
str2 = "";
// 还原开关k5的状态
k5 = 1;
}
str2 = str2 + ss2;
k4 = k4 + 1;
result_TextField.setText(str2);
}
}
k5 = k5 + 1;
}
}

// 注册各个监听器，即绑定事件响应逻辑到各个UI组件上
Listener_dy jt_dy = new Listener_dy();
// 监听数字键
Listener jt = new Listener();
// 监听符号键
Listener_signal jt_signal = new Listener_signal();
// 监听清除键
Listener_clear jt_c = new Listener_clear();
// 监听小数点键
Listener_xiaos jt_xs = new Listener_xiaos();

button7.addActionListener(jt);
button8.addActionListener(jt);
button9.addActionListener(jt);
button_chu.addActionListener(jt_signal);
button4.addActionListener(jt);
button5.addActionListener(jt);
button6.addActionListener(jt);
button_cheng.addActionListener(jt_signal);
button1.addActionListener(jt);
button2.addActionListener(jt);
button3.addActionListener(jt);
button_jian.addActionListener(jt_signal);
button0.addActionListener(jt);
button_Dian.addActionListener(jt_xs);
button_dy.addActionListener(jt_dy);
button_jia.addActionListener(jt_signal);
clear_Button.addActionListener(jt_c);

// 窗体关闭事件的响应程序
frame.addWindowListener(new WindowAdapter() {
public void windowClosing(WindowEvent e) {
System.exit(0);
}
});
}

// 计算逻辑
public void cal() {
// 操作数1
double a2;
// 操作数2
double b2;
// 运算符
String c = signal;
// 运算结果
double result2 = 0;
if (c.equals("")) {
result_TextField.setText("Please input operator");
} else {
// 手动处理小数点的问题
if (str1.equals("."))
str1 = "0.0";
if (str2.equals("."))
str2 = "0.0";
a2 = Double.valueOf(str1).doubleValue();
b2 = Double.valueOf(str2).doubleValue();
if (c.equals("+")) {
result2 = a2 + b2;
}
if (c.equals("-")) {
result2 = a2 - b2;
}
if (c.equals("*")) {
BigDecimal m1 = new BigDecimal(Double.toString(a2));
BigDecimal m2 = new BigDecimal(Double.toString(b2));
result2 = m1.multiply(m2).doubleValue();
}
if (c.equals("/")) {
if (b2 == 0) {
result2 = 0;
} else {
result2 = a2 / b2;
}
}
result = ((new Double(result2)).toString());
result_TextField.setText(result);
}
}

@SuppressWarnings("unused")
public static void main(String[] args) {
// 设置程序显示的界面风格，可以去除
try {
UIManager.setLookAndFeel("javax.swing.plaf.metal.MetalLookAndFeel");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
Calculator cal = new Calculator();
}

}

参考来源：https://www.shiyanlou.com/courses/185