難度為一般，適合具有 Java 基礎和 Swing 組件編程知識的用戶學習
一、 實驗介紹
1.1 實驗內容
本次實驗利用Java開發一個可以進行簡單的四則運算的圖形化計算器，會使用到 Java Swing 圖形組件進行開發。
1.2 實驗知識點
Java Swing 界面編程
計算器邏輯運算實現
1.3 實驗環境
本實驗環境采用帶桌面的 Ubuntu Linux 環境，實驗中會用到環境或軟件：
JDK1.7
Xfce終端
Eclipse：一個開放源代碼的、基於Java的可擴展開發平台，用於 Java 程序開發。
1.4 適合人群
本課程難度為一般難度，屬於初級課程，適合具有Java基礎和Swing組件編程知識的用戶學習。
1.5 代碼獲取
你可以通過下面命令將實驗的完整代碼下載到實驗樓環境中，作為參照對比進行學習。
$ wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/185/Calculator.java
二、 實驗原理
要制作一個計算器，首先需要知道它由哪些部分組成。
從結構上來說，一個簡單的圖形界面，需要由界面組件、組件的事件監聽器（響應各類事件的邏輯）和具體的事件處理邏輯組成。
整個代碼結構如下圖所示：
界面實現的主要工作是創建各個界面組件對象，對其進行初始化，以及控制各組件之間的層次關系和布局。
三、 實驗步驟
接下來我們使用Eclipse來開發我們的計算器程序。
3.1 項目創建
方式1：請雙擊打開桌面上的 eclipse ，等待啟動完成后，按照下面的步驟來創建項目。
如果你對該步驟已經非常熟悉，可以直接跳轉到下一小節學習。
（1）在文件菜單 File 中選擇 New -> Project 來創建項目。
此處輸入圖片的描述
（2）在彈出的新建項目對話框中選擇 Java Project，並點擊 Next 按鈕進入下一步。
此處輸入圖片的描述
（3）在 Project name 一欄填寫項目名稱 Calculator，並點擊 Finish 按鈕完成創建。
此處輸入圖片的描述
（4）如果遇到下圖所示的對話框，點擊 Yes 按鈕確認即可。
此處輸入圖片的描述
（5）在創建好后的項目目錄 src 上右鍵點擊，在右鍵菜單中選擇 New -> Class 來創建一個類。
此處輸入圖片的描述
（6）在新建類對話框中填寫包名 com.shiyanlou.calculator 和類名 Calculator （首字母大寫）。點擊 Finish 按鈕完成創建。
此處輸入圖片的描述
（7）按照本課程后面的內容編輯 Calculator.java 文件。
方式2：如同方式1一樣用Eclipse創建好包，通過Xfce終端下載完整代碼，再加入到包中。
3.2 UI 組件創建和初始化
首先我們需要將界面中要用到的 UI 組件作為 Calculator 類的成員變量在一開始聲明。在閱讀代碼之前，可以思考一下都要用到哪些 UI 組件，以及這些代碼應當寫在哪個位置等等。一個計算器界面至少包括窗口、按鈕和顯示文本框。
// 創建一個 JFrame 對象並初始化。JFrame 可以理解為程序的主窗體。
JFrame frame = new JFrame("Calculator");
// 創建一個 JTextField 對象並初始化。 JTextField 是用於顯示操作和計算結果的文本框。
// 參數 20 表明可以顯示 20 列的文本內容
JTextField result_TextField = new JTextField(result, 20);
// 清除按鈕
JButton clear_Button = new JButton("Clear");
// 數字鍵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");
// 計算命令按鈕，加減乘除以及小數點等
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("/");
// 計算按鈕
JButton button_dy = new JButton("=");
3.3 在窗體中添加 UI 組件
這個計算器有兩個 JPanel。
什么是 JPanel：JPanel 是一般輕量級容器。如上圖所示，你可以將其理解為一個盛放其他 UI 組件的“籃子”。 JPanel 位於 javax.swing 包中，為面板容器，可以加入到 JFrame 中 ， 它自身是個容器，也可以把其他 component （組件） 加入到 JPanel 中，例如 JButton、JTextArea、JTextField 等。
在這個項目中，兩個 JPanel 分別對應這個計算器按鍵除 “Clear” 鍵外其他的鍵，另個面板則是輸出欄跟 “Clear” 鍵（截取部分代碼），參考如下圖。
同樣，在書寫本段代碼時，你應當思考它應該放在哪個部分。如果不清楚，可以回到上面的代碼結構中查看。
可供參考的代碼如下所示：
// 創建一個 Jpanel 對象並初始化
JPanel pan = new JPanel();
// 設置該容器的布局為四行四列，邊距為5像素
pan.setLayout(new GridLayout(4, 4, 5, 5));
// 將用於計算的按鈕添加到容器內
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);
// 設置 pan 對象的邊距
pan.setBorder(BorderFactory.createEmptyBorder(5, 5, 5, 5));
// 按照同樣的方式設置第二個JPanel
JPanel pan2 = new JPanel();
pan2.setLayout(new BorderLayout());
pan2.add(result_TextField, BorderLayout.WEST);
pan2.add(clear_Button, BorderLayout.EAST);
布局結束后，就是計算器的難點：事件處理程序。
3.4 添加事件響應邏輯
對於計算器而言，涉及到的事件響應邏輯主要有：數字鍵、加減乘除運算、小數點處理、等於以及清除。
請你思考一下，這里的幾個開關狀態是用於什么目的？
代碼如下（截取部分代碼，這里是通過類方法處理的）：
// 等於按鍵的邏輯，即在輸入完成后開始計算
class Listener_dy implements ActionListener {
@SuppressWarnings("unchecked")
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
store = (JButton) e.getSource();
vt.add(store);
yuns();
// 還原開關k1狀態
k1 = 1;
// 還原開關k2狀態
k2 = 1;
// 還原開關k3狀態
k3 = 1;
// 還原開關k4狀態
k4 = 1;
// 為 7+5=12 +5=17 這種計算做准備
str1 = result;
}
}
3.5 計算邏輯的實現
計算的邏輯要針對輸入的不同運算符來對操作數進行運算，同時還要考慮到除以0這種不合理的算法容錯。
主要代碼如下：
public void cal() {
// 操作數1
double a2;
// 操作數2
double b2;
// 運算符
String c = signal;
// 運算結果
double result2 = 0;
if (c.equals("")) {
result_TextField.setText("Please input operator.");
} else {
// 字符串 "." 轉換成double型數據時，會出錯，所以自己編寫邏輯來轉換
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("*")) {
// 防止浮點數計算失去精度
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這種不合理的運算出現
result2 = 0;
} else {
result2 = a2 / b2;
}
}
result = ((new Double(result2)).toString());
result_TextField.setText(result);
}
}
至此，整個計算器的主要邏輯就已經講解完畢，請自行補充其他的細節。
完成后，請點擊菜單中的 Run -> Run 選項或者點擊工具欄上方的運行按鈕來編譯運行這個項目。
如果沒有遇到錯誤，則會彈出計算器的窗口。
你可以試用一下。
四、 實驗總結
至此，相信你已經完成了所有的工作。我們在本實驗內學習了如何制作一個簡易的計算器，具體來說，學習了如何制作 Swing 圖形化界面以及為 UI 組件設置事件響應邏輯。
你可能注意到項目的最后部分有如下的代碼：
try {
UIManager.setLookAndFeel("com.sun.java.swing.plaf.windows.WindowsLookAndFeel");
} catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}
我們是試圖通過 UIManager 來設置窗體的 UI 風格，如果需要更改，只要做相應的替換就可以了：
Windows 風格：com.sun.java.swing.plaf.windows.WindowsLookAndFeel
Metal 風格（默認）：javax.swing.plaf.metal.MetalLookAndFeel
更換為 Motif 風格：com.sun.java.swing.plaf.motif.MotifLookAndFeel
更換為 Mac 風格：com.sun.java.swing.plaf.mac.MacLookAndFeel
更換為 GTK 風格：com.sun.java.swing.plaf.gtk.GTKLookAndFeel
上述的各種風格需要到相關的操作系統上方可實現。如果你是在 Windows 環境下編程，不妨試一下 Windows 風格。
本次實驗目的在於讓同學們練習如何使用Java Swing進行可視化編程，實驗開發的計算器也只具備基本的邏輯，並沒有考慮運算的優先級等問題。
五、課后習題
同學們下來嘗試實現一個較為復雜的計算器，考慮運算的優先級，並增加括號，這些需要數據結構方面的一些知識。
具體代碼如下：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 {
// 操作數1，為了程序的安全，初值一定設置，這里我們設置為0。
String str1 = "0";
// 操作數2
String str2 = "0";
// 運算符
String signal = "+";
// 運算結果
String result = "";
// 以下k1至k2為狀態開關
// 開關1用於選擇輸入方向，將要寫入str1或str2
int k1 = 1;
// 開關2用於記錄符號鍵的次數，如果 k2>1 說明進行的是 2+3-9+8 這樣的多符號運算
int k2 = 1;
// 開關3用於標識 str1 是否可以被清0 ，等於1時可以，不等於1時不能被清0
int k3 = 1;
// 開關4用於標識 str2 是否可以被清0
int k4 = 1;
// 開關5用於控制小數點可否被錄入，等於1時可以，不為1時，輸入的小數點被丟掉
int k5 = 1;
// store的作用類似於寄存器，用於記錄是否連續按下符號鍵
JButton store;
@SuppressWarnings("rawtypes")
Vector vt = new Vector(20, 10);
// 聲明各個UI組件對象並初始化
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("=");
// 計算機類的構造器
public Calculator() {
// 為按鈕設置等效鍵，即可以通過對應的鍵盤按鍵來代替點擊它
button0.setMnemonic(KeyEvent.VK_0);
// 其它等效鍵省略，你可以自行補充完整
// 設置文本框為右對齊，使輸入和結果都靠右顯示
result_TextField.setHorizontalAlignment(JTextField.RIGHT);
// 將UI組件添加進容器內
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);
// 設置主窗口出現在屏幕上的位置
frame.setLocation(300, 200);
// 設置窗體不能調大小
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);
// 事件處理程序
// 數字鍵
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 = "";
// 還原開關k5狀態
k5 = 1;
}
str1 = str1 + ss;
k3 = k3 + 1;
// 顯示結果
result_TextField.setText(str1);
} else if (k1 == 2) {
if (k4 == 1) {
str2 = "";
// 還原開關k5狀態
k5 = 1;
}
str2 = str2 + ss;
k4 = k4 + 1;
result_TextField.setText(str2);
}
}
}
// 輸入的運算符號的處理
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) {
// 開關 k1 為 1 時向數 1 寫輸入值，為2時向數2寫輸入值。
k1 = 2;
k5 = 1;
signal = ss2;
k2 = k2 + 1;// 按符號鍵的次數
} 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;
// 開關 k1 為 1 時，向數 1 寫值，為2時向數2寫
k1 = 2;
k5 = 1;
k4 = 1;
signal = ss2;
}
k2 = k2 + 1;
}
}
}
// 清除鍵的邏輯（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();
}
}
// 等於鍵的邏輯
class Listener_dy implements ActionListener {
@SuppressWarnings("unchecked")
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
store = (JButton) e.getSource();
vt.add(store);
cal();
// 還原各個開關的狀態
k1 = 1;
k2 = 1;
k3 = 1;
k4 = 1;
str1 = result;
}
}
// 小數點的處理
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 = "";
// 還原開關k5狀態
k5 = 1;
}
str1 = str1 + ss2;
k3 = k3 + 1;
// 顯示結果
result_TextField.setText(str1);
} else if (k1 == 2) {
if (k4 == 1) {
str2 = "";
// 還原開關k5的狀態
k5 = 1;
}
str2 = str2 + ss2;
k4 = k4 + 1;
result_TextField.setText(str2);
}
}
k5 = k5 + 1;
}
}
// 注冊各個監聽器，即綁定事件響應邏輯到各個UI組件上
Listener_dy jt_dy = new Listener_dy();
// 監聽數字鍵
Listener jt = new Listener();
// 監聽符號鍵
Listener_signal jt_signal = new Listener_signal();
// 監聽清除鍵
Listener_clear jt_c = new Listener_clear();
// 監聽小數點鍵
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);
// 窗體關閉事件的響應程序
frame.addWindowListener(new WindowAdapter() {
public void windowClosing(WindowEvent e) {
System.exit(0);
}
});
}
// 計算邏輯
public void cal() {
// 操作數1
double a2;
// 操作數2
double b2;
// 運算符
String c = signal;
// 運算結果
double result2 = 0;
if (c.equals("")) {
result_TextField.setText("Please input operator");
} else {
// 手動處理小數點的問題
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) {
// 設置程序顯示的界面風格，可以去除
try {
UIManager.setLookAndFeel("javax.swing.plaf.metal.MetalLookAndFeel");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
Calculator cal = new Calculator();
}
}
參考來源：https://www.shiyanlou.com/courses/185