四则运算器（带括号和分数）的Java实现

一 psp 表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	10	8
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	10	8
Development	开发	655	785
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	30	35
· Design Spec	· 生成设计文档	30	60
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	10	15
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	5	5
· Design	· 具体设计	40	60
· Coding	· 具体编码	5h*60	12h*60
· Code Review	· 代码复审	1h*60	1.5h*60
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	3h*60	2h*60
Reporting	报告	290	330
· Test Report	· 测试报告+博客	4h*60	4.5h*60
· Size Measurement	· 计算工作量	10	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	40	50
合计		955	1123

二 项目要求

1.小学四则运算题目，结果不能出现负数

2.支持真分数运算

3.支持带括号的多元复合运算

4.批量生成，可选择运算符，可选择数字范围，可选择数字个数

三 解题思路

   1.列出随机的四则运算表达式 （表达式添加有意义的括号）
   2.根据表达式得出正确结果 
   3.关于真分数，可以在最后把÷转换成/

四 解决

1. 生成表达式

1. 如何添加有意义括号（如何判断有意义？）
2. 分母为0无意义

参考
https://github.com/wapleeeeee/Arithmetic-operation/blob/master/homework2.py
https://blog.csdn.net/weixin_30822451/article/details/98153506
​ 坑1：使用String的超过10的话 10被当作两个字符，插入括号时候出问题
​ 坑2： 1/2/3 这种式子的出现

2.计算表达式

1. 如何支持真分数运算？
2. 中缀表达式 转 后缀表达式 
3. 计算表达式 （数据结构的使用）

参考
https://github.com/kiprobinson/BigFraction
https://www.cnblogs.com/menglong1108/p/11619896.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/150684393
真分数出现 55/1 需要对/1进行去除

        String answer = stack.pop();
        if (answer.substring(answer.length()-2).equals("/1")){
            return answer.substring(0,answer.length()-2);

五 具体程序设计

1.总体设计

2.具体程序设计

1.Equation类

  类Equation用于保存每一个表达式的属性

成员变量

变量名	类型	功能
equz	String	中缀表达式
equh	String	后缀表达式
answer	String	表达式值

成员方法

函数名	输入	输出	依赖函数	功能
setEquz	String equ			自定义中缀表达式
setEquh	String equ			自定义后缀表达式
getEquzAnswer	String equ	String answer	计算中缀表达式值
getEquhAnswer	String equ	String answer	计算后缀表达式值

2.Utils类

  类Utils用于生成表达式已经计算表达式，添加括号等功能

成员变量

变量名	类型	功能
op	list	保存运算符

成员方法

函数名	输入	输出	依赖函数	功能
getRglEquation	int num,start,end	String equ		生成无括号表达式
insertBracke	String equ	String equ		为无括号表达式插入括号
epuToList	String equ	List equ		表达式转换为列表
getBrcEquation	int num,start,end	String equ	insertBracke	生成有括号表达式
parseSuffixExpressionList	List equ	List equ		中缀转后缀
calculat	List equ	String answer	BigFraction	计算表达式的值

六 重点代码说明

运行结果

七 单元测试

1.测试函数均通过

2.具体测试

1. getRglEquation函数

测试函数如下 获取无括号表达式

    public void getRglEquation() {
        int num; // 随机2-7个数字生成
        int start = 1;
        int end = 9;
        String str;
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            num = (int) (Math.random() * 5) + 2;
            str = utils.getRglEquation(num, start, end);
        }
    }

测试了100W次随机生成的不带括号字符串，用时500ms。

2. getBrcEquation函数

测试函数如下 获取有括号表达式

    public void getBrcEquation() {
        int num; // 随机2-7个数字生成
        int start = 1;
        int end = 9;
        String str;
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            num = (int) (Math.random() * 5) + 2;
            str = utils.getBrcEquation(num, start, end);
        }
    }

测试了100W次随机生成的带括号字符串，用时777ms。

3. calculate函数

测试函数如下 计算后缀表达式

    public void calculate() {
        int num; // 随机2-7个数字生成
        int start = 1;
        int end = 9;
        String str;
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            num = (int) (Math.random() * 5) + 2;
            str = utils.getBrcEquation(num, start, end);
            List list1 = utils.epuToList(str);
            List list2 = utils.parseSuffixExpressionList(list1);
            String answer = utils.calculate(list2);
        }
    }

测试了100W次随机生成的带括号字符串，用时7s。

八 效能分析与改进

九 代码更新

坑1： list toString 会把[] 空格 ，算进字符串
解决：添加一个方法去除 listToString中的[],空格

    public String toSimpleStr(List<String> equ) {
        return equ.toString().replaceAll("(?:\[|,|null|\]| +)", "");
    }