JS實現簡易的計算器

JS可以做的事多了，那就用來實現一個計算器吧

 

看看手機中的計算器，分為普通計算器和科學計算器

   

 

自認腦袋不夠大，就實現一個普通版本的吧（支持正負數加減乘除等基本連續的運算，未提供括號功能）

看看圖示效果, 或 在線演示

 

一、知識准備

1+1 = ?

正常來說，我們看到這個表達式都知道怎么運算，知道運算結果

但計算機不一樣，計算機無法識別出這串表達式，它只能識別特定的規則：前綴表達式+ 1 1 或后綴表達式1 1 +

舉個栗子

(3 + 4) × 5 - 6 就是中綴表達式
- × + 3 4 5 6 前綴表達式
3 4 + 5 × 6 - 后綴表達式

 

所以為了實現程序的自動運算，我們需要將輸入的數據轉化為前綴或后綴表達式

前綴、中綴、后綴表達式的概念以及相互轉換方法在這里就不多說了，這篇博文 說得比較清楚了 

所以，在這個計算器的實現中，采用了后綴表達式的實現方式，參考以上文章，重點關注這兩個算法：

與轉換為前綴表達式相似，遵循以下步驟：
(1) 初始化兩個棧：運算符棧S1和儲存中間結果的棧S2；
(2) 從左至右掃描中綴表達式；
(3) 遇到操作數時，將其壓入S2；
(4) 遇到運算符時，比較其與S1棧頂運算符的優先級：
(4-1) 如果S1為空，或棧頂運算符為左括號“(”，則直接將此運算符入棧；
(4-2) 否則，若優先級比棧頂運算符的高，也將運算符壓入S1（注意轉換為前綴表達式時是優先級較高或相同，而這里則不包括相同的情況）；
(4-3) 否則，將S1棧頂的運算符彈出並壓入到S2中，再次轉到(4-1)與S1中新的棧頂運算符相比較；
(5) 遇到括號時：
(5-1) 如果是左括號“(”，則直接壓入S1；
(5-2) 如果是右括號“)”，則依次彈出S1棧頂的運算符，並壓入S2，直到遇到左括號為止，此時將這一對括號丟棄；
(6) 重復步驟(2)至(5)，直到表達式的最右邊；
(7) 將S1中剩余的運算符依次彈出並壓入S2；
(8) 依次彈出S2中的元素並輸出，結果的逆序即為中綴表達式對應的后綴表達式（轉換為前綴表達式時不用逆序）。

與前綴表達式類似，只是順序是從左至右：
從左至右掃描表達式，遇到數字時，將數字壓入堆棧，遇到運算符時，彈出棧頂的兩個數，用運算符對它們做相應的計算（次頂元素 op 棧頂元素），並將結果入棧；重復上述過程直到表達式最右端，最后運算得出的值即為表達式的結果。
例如后綴表達式“3 4 + 5 × 6 -”：
(1) 從左至右掃描，將3和4壓入堆棧；
(2) 遇到+運算符，因此彈出4和3（4為棧頂元素，3為次頂元素，注意與前綴表達式做比較），計算出3+4的值，得7，再將7入棧；
(3) 將5入棧；
(4) 接下來是×運算符，因此彈出5和7，計算出7×5=35，將35入棧；
(5) 將6入棧；
(6) 最后是-運算符，計算出35-6的值，即29，由此得出最終結果。

 

二、實現過程

第一步當然是搭建計算器的頁面結構，不是科學計算器，只提供了基本的運算功能，但也能即時地進行運算，顯示出完整的中綴表達式，運算后保存上一條運算記錄。

要先說一下：本來想實現小數點功能的，但小數點的存在讓數據存儲與數據顯示的實現有了壓力，實現過程實在腦大，索性先取消這個功能。

 

1. 頁面結構：

    <h5>計算計算</h5>
    <!-- 計算器 -->
    <div class="calc-wrap">
        <div class="calc-in-out">
            <!-- 上一條運算記錄 -->
            <p class="calc-history" title=""></p>
            <!-- 輸入的數據 -->
            <p class="calc-in"></p>
            <!-- 輸出的運算結果 -->
            <p class="calc-out active"></p>
        </div>
        <table class="calc-operation">
            <thead></thead>
            <tbody>
                <tr>
                    <td data-ac="cls" class="cls">C</td>
                    <td data-ac="del">&larr;</td>
                    <td data-ac="sq">x<sup>2</sup></td>
                    <td data-ac="mul">&times;</td>
                </tr>
                <tr>
                    <td data-val="7">7</td>
                    <td data-val="8">8</td>
                    <td data-val="9">9</td>
                    <td data-ac="div">&divide;</td>
                </tr>
                <tr>
                    <td data-val="4">4</td>
                    <td data-val="5">5</td>
                    <td data-val="6">6</td>
                    <td data-ac="plus">+</td>
                </tr>
                <tr>
                    <td data-val="1">1</td>
                    <td data-val="2">2</td>
                    <td data-val="3">3</td>
                    <td data-ac="minus">-</td>
                </tr>
                    <td data-ac="per">%</td>
                    <td data-val="0">0</td>
                    <td data-ac="dot">.</td>
                    <td data-ac="eq" class="eq">=</td>
            </tbody>
        </table>
    </div>

2. 結合一點樣式：

body {
    padding: 20px;
    font-family: Arial;
}

.calc-wrap {
    width: 300px;
    border: 1px solid #ddd;
    border-radius: 3px;
}


.calc-operation {
    width: 100%;
    border-collapse: collapse;
}

.calc-in-out {
    width: 100%;
    padding: 10px 20px;
    text-align: right;
    box-sizing: border-box;
    background-color: rgba(250, 250, 250, .9);
}
.calc-in-out p {
    overflow: hidden;
    margin: 5px;
    width: 100%;
}
.calc-history {
    margin-left: -20px;
    font-size: 18px;
    color: #bbb;
    border-bottom: 1px dotted #ddf;
    min-height: 23px;
}

.calc-in,
.calc-out {
    font-size: 20px;
    color: #888;
    line-height: 39px;
    min-height: 39px;
}

.calc-in {
    color: #888;
}
.calc-out {
    color: #ccc;
}

.calc-in.active,
.calc-out.active {
    font-size: 34px;
    color: #666;
}

.calc-operation td {
    padding: 10px;
    width: 25%;
    text-align: center;
    border: 1px solid #ddd;
    font-size: 26px;
    color: #888;
    cursor: pointer;
}

.calc-operation td:active {
    background-color: #ddd;
}

.calc-operation .cls {
    color: #ee8956;
}

這樣靜態的計算器就粗來了~~

 

3. JS邏輯

這部分就是重點了，一步步來說

首先是對計算器的監聽吧，也就是這個表格，可以使用事件委托的方式，在父級節點上監聽處理

        // 綁定事件
        bindEvent: function() {
            var that = this;

            that.$operation.on('click', function(e) {
                e = e || window.event;
                var elem = e.target || e.srcElement,
                    val,
                    action;

                if (elem.tagName === 'TD') {
                    val = elem.getAttribute('data-val') || elem.getAttribute('data-ac');    

　　　　　　　　　　　　...

監聽數據，獲取到的只是頁面上的某個值/操作符，所以需要將數據存儲起來形成中綴，再由中綴轉換成后綴，最后通過后綴進行計算

        // 中綴表達式
        this.infix = [];
        // 后綴表達式
        this.suffix = [];
        // 后綴表達式運算結果集
        this.result = [];

按照算法步驟，實現出來，這里沒有使用到括號，如果實際需要，可在相應位置修改判斷條件即可~

        // 中綴表達式轉后綴
        infix2Suffix: function() {
            var temp = [];
            this.suffix = [];

            for (var i = 0; i < this.infix.length; i++) {
                // 數值，直接壓入
                if (!this.isOp(this.infix[i])) {
                    this.suffix.push(this.infix[i]);
                }
                else {
                    if (!temp.length) {
                        temp.push(this.infix[i]);
                    }
                    else {
                        var opTop = temp[temp.length - 1];
                        // 循環判斷運算符優先級，將運算符較高的壓入后綴表達式
                        if (!this.priorHigher(opTop, this.infix[i])) {
                            while (temp.length && !this.priorHigher(opTop, this.infix[i])) {
                                this.suffix.push(temp.pop());
                                opTop = temp[temp.length - 1];
                            }
                        }
                           // 將當前運算符也壓入后綴表達式
                        temp.push(this.infix[i]);
                    }
                }
            }
            // 將剩余運算符號壓入
            while (temp.length) {
                this.suffix.push(temp.pop());
            }
        },

        // 后綴表達式計算
        calcSuffix: function() {
            this.result = [];

            for (var i = 0; i < this.suffix.length; i++) {
                // 數值，直接壓入結果集
                if (!this.isOp(this.suffix[i])) {
                    this.result.push(this.suffix[i]);
                }
                // 運算符，從結果集中取出兩項進行運算，並將運算結果置入結果集合
                else {
                    this.result.push(this.opCalc(this.result.pop(), this.suffix[i], this.result.pop()));
                }
            }
            // 此時結果集中只有一個值，即為結果
              return this.result[0];
        }

其實，在實現的時候會發現，中綴、后綴只是一個難點，更復雜的地方是整個計算器的狀態變化（或者說是數據變化）

在這個簡單的計算器中，就有數字（0-9）、運算符（+ - * /）、操作（清除 刪除）、預運算（百分號 平方）、小數點、即時運算等數據及操作

如果是科學計算器那就更復雜了，所以理清如何控制這些東西很關鍵，而其中最重要的就是中綴表達式的構建與存儲

 

當連續點擊+號時，是不符合實際操作的，所以需要一個變量 lastVal 來記錄上一個值，隨着操作而更新，再通過判斷，防止程序出錯

在點擊=號之后，我們可以繼續使用這個結果進行運算，或者重新開始運算

　　　　// 構建中綴表達式
        buildInfix: function(val, type) {
            // 直接的點擊等於運算之后，
            if (this.calcDone) {
                this.calcDone = false;
                // 再點擊數字，則進行新的運算
                if (!this.isOp(val)) {
                    this.resetData();
                }
                // 再點擊運算符，則使用當前的結果值繼續進行運算
                else {
                    var re = this.result[0];
                    this.resetData();
                    this.infix.push(re);
                }

            }

            var newVal;
             ...

點擊刪除，是刪除一位數，不是直接地刪除一個數，然后更新中綴表達式的值

            // 刪除操作
            if (type === 'del') {
                newVal = this.infix.pop();
                // 刪除末尾一位數
                newVal = Math.floor(newVal / 10);
                if (newVal) {
                    this.infix.push(newVal);
                }

                this.lastVal = this.infix[this.infix.length - 1];
                return this.infix;
            }    

而添加操作，要考慮的就更多了，比如連續的連續運算符、連續的數字、運算符+ - 接上數字表示正負數，小數點的連接存取等

            // 添加操作，首先得判斷運算符是否重復
            else if (type === 'add') {
                // 兩個連續的運算符
                if (this.isOp(val) && this.isOp(this.lastVal)) {
                    return this.infix;
                }
                // 兩個連續的數字
                else if (!this.isOp(val) && !this.isOp(this.lastVal)) {
                    newVal = this.lastVal * 10 + val;
                    this.infix.pop();
                    this.infix.push(this.lastVal = newVal);

                    return this.infix;
                }
                // 首個數字正負數
                if (!this.isOp(val) && this.infix.length === 1 && (this.lastVal === '+' || this.lastVal === '-')) {
                    newVal = this.lastVal === '+' ? val : 0 - val;
                    this.infix.pop();
                    this.infix.push(this.lastVal = newVal);

                    return this.infix;
                }


                this.infix.push(this.lastVal = val);
                return this.infix;
            }

在很多次操作的時候，計算器都需要即時地進行運算，為簡化代碼，可以封裝成一個方法，在相應的位置調用即可

        // 即時得進行運算
        calculate: function(type) {
            this.infix2Suffix();
            var suffixRe = this.calcSuffix();

            if (suffixRe) {
                this.$out.text('=' + suffixRe)
                    .attr('title', suffixRe)
                    .removeClass('active');

                // 如果是直接顯示地進行等於運算
                if (type === 'eq') {
                    this.$in.removeClass('active');
                    this.$out.addClass('active');
                    // 設置標記：當前已經顯示地進行計算
                    this.calcDone = true;
                    this.lastVal = suffixRe;
                    // 設置歷史記錄
                    var history = this.infix.join('') + ' = ' + suffixRe;
                    this.$history.text(history).attr('title', history);
                }

            }
        },

剩下的就是點擊之后的處理過程了，也就是各種調用處理 傳遞數據->構建中綴處理數據->中綴轉后綴->后綴運算顯示

比如點擊了數字

        　　　　　　// 數字：0-9
                    if (!isNaN(parseInt(val, 10))) {
                        // 構建中綴表達式並顯示
                        var infixRe = that.buildInfix(parseInt(val, 10), 'add');
                        that.$in.text(infixRe.join('')).addClass('active');

                        that.calculate();

                        return;
                    }

又比如幾個預運算，其實長得也差不多

                // 預運算：百分比、小數點、平方
                    else if (['per', 'dot', 'sq'].indexOf(action) !== -1) {
                        if (!that.infix.length || that.isOp(that.lastVal)) {
                            return;
                        }

                        if (action === 'per') {
                            that.lastVal /= 100;
                        } else if (action === 'sq') {
                            that.lastVal *= that.lastVal;
                        } else if (action === 'dot') {
                            // that.curDot = true;
                        }

                        // 重新構建中綴表達式
                        var infixRe = that.buildInfix(that.lastVal, 'change');
                        that.$in.text(infixRe.join('')).addClass('active');

                        that.calculate();
                    }

 

以上就是這個簡單計算器的實現步驟了，變化太多還不敢保證不會出錯

基本邏輯如此，如果要加上小數點運算、括號運算、正余弦等科學計算器的功能，還是自己去實現吧。。腦大啊。。

 

$(function() {

    function Calculator($dom) {
        this.$dom = $($dom);
        // 歷史運算
        this.$history = this.$dom.find('.calc-history');
        // 輸入區
        this.$in = this.$dom.find('.calc-in');
        // 輸出區
        this.$out = this.$dom.find('.calc-out');
        this.$operation = this.$dom.find('.calc-operation');

        // 運算符映射
        this.op = {
            'plus': '+',
            'minus': '-',
            'mul': '*',
            'div': '/'
        };
        this.opArr = ['+', '-', '*', '/'];

        // 中綴表達式
        this.infix = [];
        // 后綴表達式
        this.suffix = [];
        // 后綴表達式運算結果集
        this.result = [];
        // 存儲最近的值
        this.lastVal = 0;
        // 當前已經計算等於完成
        this.calcDone = false;
        // 當前正在進行小數點點（.）相關值的修正
        this.curDot = false;

        this.init();
    }

    Calculator.prototype = {
        constructor: Calculator,
        // 初始化
        init: function() {
            this.bindEvent();
        },
        // 綁定事件
        bindEvent: function() {
            var that = this;

            that.$operation.on('click', function(e) {
                e = e || window.event;
                var elem = e.target || e.srcElement,
                    val,
                    action;

                if (elem.tagName === 'TD') {
                    val = elem.getAttribute('data-val') || elem.getAttribute('data-ac');
                    // 數字：0-9
                    if (!isNaN(parseInt(val, 10))) {
                        // 構建中綴表達式並顯示
                        var infixRe = that.buildInfix(parseInt(val, 10), 'add');
                        that.$in.text(infixRe.join('')).addClass('active');

                        that.calculate();

                        return;
                    }

                    action = val;

                    // 操作：清除、刪除、計算等於
                    if (['cls', 'del', 'eq'].indexOf(action) !== -1) {
                        if (!that.infix.length) {
                            return;
                        }

                        // 清空數據
                        if (action === 'cls' || (action === 'del' && that.calcDone)) {
                            that.$in.text('');
                            that.$out.text('');

                            that.resetData();
                        }
                        // 清除
                        else if (action === 'del') {
                            // 重新構建中綴表達式
                            var infixRe = that.buildInfix(that.op[action], 'del');
                            that.$in.text(infixRe.join('')).addClass('active');

                            that.calculate();

                        }
                        // 等於
                        else if (action === 'eq') {
                            that.calculate('eq');

                        }
                    }
                    // 預運算：百分比、小數點、平方
                    else if (['per', 'dot', 'sq'].indexOf(action) !== -1) {
                        if (!that.infix.length || that.isOp(that.lastVal)) {
                            return;
                        }

                        if (action === 'per') {
                            that.lastVal /= 100;
                        } else if (action === 'sq') {
                            that.lastVal *= that.lastVal;
                        } else if (action === 'dot') {
                            // that.curDot = true;
                        }

                        // 重新構建中綴表達式
                        var infixRe = that.buildInfix(that.lastVal, 'change');
                        that.$in.text(infixRe.join('')).addClass('active');

                        that.calculate();
                    }
                    // 運算符：+ - * /
                    else if (that.isOp(that.op[action])) {
                        if (!that.infix.length && (that.op[action] === '*' || that.op[action] === '/')) {
                            return;
                        }

                        var infixRe = that.buildInfix(that.op[action], 'add');
                        that.$in.text(infixRe.join('')).addClass('active');
                    }
                }
            });
        },

        resetData: function() {
            this.infix = [];
            this.suffix = [];
            this.result = [];
            this.lastVal = 0;
            this.curDot = false;
        },

        // 構建中綴表達式
        buildInfix: function(val, type) {
            // 直接的點擊等於運算之后，
            if (this.calcDone) {
                this.calcDone = false;
                // 再點擊數字，則進行新的運算
                if (!this.isOp(val)) {
                    this.resetData();
                }
                // 再點擊運算符，則使用當前的結果值繼續進行運算
                else {
                    var re = this.result[0];
                    this.resetData();
                    this.infix.push(re);
                }

            }

            var newVal;

            // 刪除操作
            if (type === 'del') {
                newVal = this.infix.pop();
                // 刪除末尾一位數
                newVal = Math.floor(newVal / 10);
                if (newVal) {
                    this.infix.push(newVal);
                }

                this.lastVal = this.infix[this.infix.length - 1];
                return this.infix;
            }
            // 添加操作，首先得判斷運算符是否重復
            else if (type === 'add') {
                // 兩個連續的運算符
                if (this.isOp(val) && this.isOp(this.lastVal)) {
                    return this.infix;
                }
                // 兩個連續的數字
                else if (!this.isOp(val) && !this.isOp(this.lastVal)) {
                    newVal = this.lastVal * 10 + val;
                    this.infix.pop();
                    this.infix.push(this.lastVal = newVal);

                    return this.infix;
                }
                // 首個數字正負數
                if (!this.isOp(val) && this.infix.length === 1 && (this.lastVal === '+' || this.lastVal === '-')) {
                    newVal = this.lastVal === '+' ? val : 0 - val;
                    this.infix.pop();
                    this.infix.push(this.lastVal = newVal);

                    return this.infix;
                }

            // TODO: 小數點運算
            //     if (this.isOp(val)) {
            //         this.curDot = false;
            //     }

            //     // 小數點
            //     if (this.curDot) {
            //         var dotLen = 0;
            //         newVal = this.infix.pop();
            //         dotLen = newVal.toString().split('.');
            //         dotLen = dotLen[1] ? dotLen[1].length : 0;

            //         newVal +=  val / Math.pow(10, dotLen + 1);
            //         // 修正小數點運算精確值
            //         newVal = parseFloat(newVal.toFixed(dotLen + 1));

            //         this.infix.push(this.lastVal = newVal);
            //         return this.infix;
            //     }

                this.infix.push(this.lastVal = val);
                return this.infix;
            }

            // 更改操作，比如%的預運算
            else if (type === 'change') {
                this.infix.pop();
                this.infix.push(this.lastVal = val);

                return this.infix;
            }

        },
        // 判斷是否為運算符
        isOp: function(op) {
            return op && this.opArr.indexOf(op) !== -1;
        },
        // 判斷運算符優先級
        priorHigher: function(a, b) {
            return (a === '+' || a === '-') && (b === '*' || b === '/');
        },
        // 進行運算符的運算
        opCalc: function(b, op, a) {
            return op === '+'
                ? a + b
                : op === '-'
                ? a - b
                : op === '*'
                ? a * b
                : op === '/'
                ? a / b
                : 0;
        },
        // 即時得進行運算
        calculate: function(type) {
            this.infix2Suffix();
            var suffixRe = this.calcSuffix();

            if (suffixRe) {
                this.$out.text('=' + suffixRe)
                    .attr('title', suffixRe)
                    .removeClass('active');

                // 如果是直接顯示地進行等於運算
                if (type === 'eq') {
                    this.$in.removeClass('active');
                    this.$out.addClass('active');
                    // 設置標記：當前已經顯示地進行計算
                    this.calcDone = true;
                    this.lastVal = suffixRe;
                    // 設置歷史記錄
                    var history = this.infix.join('') + ' = ' + suffixRe;
                    this.$history.text(history).attr('title', history);
                }

            }
        },

        // 中綴表達式轉后綴
        infix2Suffix: function() {
            var temp = [];
            this.suffix = [];

            for (var i = 0; i < this.infix.length; i++) {
                // 數值，直接壓入
                if (!this.isOp(this.infix[i])) {
                    this.suffix.push(this.infix[i]);
                }
                else {
                    if (!temp.length) {
                        temp.push(this.infix[i]);
                    }
                    else {
                        var opTop = temp[temp.length - 1];
                        // 循環判斷運算符優先級，將運算符較高的壓入后綴表達式
                        if (!this.priorHigher(opTop, this.infix[i])) {
                            while (temp.length && !this.priorHigher(opTop, this.infix[i])) {
                                this.suffix.push(temp.pop());
                                opTop = temp[temp.length - 1];
                            }
                        }
                           // 將當前運算符也壓入后綴表達式
                        temp.push(this.infix[i]);
                    }
                }
            }
            // 將剩余運算符號壓入
            while (temp.length) {
                this.suffix.push(temp.pop());
            }
        },

        // 后綴表達式計算
        calcSuffix: function() {
            this.result = [];

            for (var i = 0; i < this.suffix.length; i++) {
                // 數值，直接壓入結果集
                if (!this.isOp(this.suffix[i])) {
                    this.result.push(this.suffix[i]);
                }
                // 運算符，從結果集中取出兩項進行運算，並將運算結果置入結果集合
                else {
                    this.result.push(this.opCalc(this.result.pop(), this.suffix[i], this.result.pop()));
                }
            }
            // 此時結果集中只有一個值，即為結果
              return this.result[0];
        }
    };

    new Calculator('.calc-wrap');
});