计算数学表达式的程序（Java课程设计）

1. 课设团队介绍

团队名称	团队成 员介绍	任务分配	团队成员博客
XQ Warriors	徐维辉	负责计算器数据的算法操作，如平方数、加减乘除，显示历史计算记录	无
	邱良厦（组长）	负责计算器的图形设计，把输入和结果显示在最上面的文本框	无

2. 参考代码及博客链接与工具

1）图形界面设计参考：Java Swing界面设计UI（全）_swing ui-CSDN博客

Java Swing界面设计UI（全）_swing ui-CSDN博客

2）使用的查询工具：Chatgpt和文心一言，询问相关操作的实现，查询方法具体使用等

3）文心一言链接：文心一言 (baidu.com)?

Chatgpt镜像：AIchatOS

3. 本项目的git地址

Issues · 则戈/Simple-Calculator - Gitee.com

4. 项目的git提交记录截图

1）邱良厦：

1.图片资源和代码资源分成两个部分

2.添加UI界面设计文件，完善图形界面设计，查看图形界面操作是否有误

3.添加UI程序的图片

2）徐维辉：

1.完成Calculator类，实现了常见的数学算法，完成了一元操作符和二元操作符的相关操作

2.完成历史计算记录记录算法

5. 前期调查相关

想看看是否能通过按钮实现数学表达式的运算，实现图形化界面，制作一个简单计算器。

看bilibili视频：java计算器程序_哔哩哔哩_bilibili

6.项目功能架构图、主要功能流程图

项目功能架构图

主要功能流程图

7. 面向对象设计包图、类图

1.包图：UI包、sumpleculator包、resources包

2.类图：Calulator类、SimpleCalculator类、UI类、HistoryDialog类

8.项目运行截图或屏幕录制

1）运行程序，打开简单计算器的界面

2）操作视频

9.项目关键代码分模块描述

1. class UI：创建了窗口、各个面板、文本框，字体对象，添加了各个按钮。

public class UI implements ActionListener {

   
   private  JFrame frame;

   private  JPanel panel;
   private  JPanel panelSub1;//子面板
   private  JPanel panelSub2;
   ...
   private  JTextArea text;//文本框
   // JButton 数组，存储数字按钮
   private  JButton button[], butAdd, butMinus, butMultiply, butDivide,
           butEqual, butCancel, butSquareRoot, butSquare, butOneDividedBy,
           butCos, butSin, butTan, butXPowerOfY, butLog, butRate, butabs, butBinary, butln;
    private  Font font;
    private  Font textFont;
   ...
}

2. init()：设计窗口的的布局，为各个按钮添加字体，给各个子面板流水体布局，把按钮添加到各个子面板，最后把子面板添加到面板，窗口最后在采用面板来实现界面

public void init() {
      frame.setSize(450, 450);
      frame.setLocationRelativeTo(null);
      frame.setResizable(false);
      frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
         button[i].setFont(font);
      }
      butAdd.setFont(font);
      butMinus.setFont(font);
      butMultiply.setFont(font);
     ...
      panelSub2.add(button[1]);
      panelSub2.add(button[2]);
      panelSub2.add(button[3]);
      //在数字和运算符之间空出一点距离
      panelSub2.add(Box.createHorizontalStrut(15));
      panelSub2.add(butAdd);
      panelSub2.add(butMinus);
      ...
      for (int i = 0; i < 10; i++) {//添加监听器
         button[i].addActionListener(this);
      }
      butAdd.addActionListener(this);
      butMinus.addActionListener(this);
      butMultiply.addActionListener(this);
      butDivide.addActionListener(this);
     ...
      panel.add(panelSub2);
      frame.add(panel);//添加面板
      frame.setVisible(true);
}

3.? actionPerformed()：点击按钮进行操作时，根据不同的事件源（e.getSource()）执行不同的功能，如果是数字按钮，将对应的值添加到文本框中，并返回，如果是符合按钮，就会进行对应符号的运算

public void actionPerformed(ActionEvent e) {
      Object source = e.getSource();
      Double checkNum = null;

      for (int i = 0; i < 10; i++) {//数字按钮
         if (source == button[i]) {
            text.replaceSelection(buttonValue[i]);
            return;
         }
      }
      if (source == butAdd) {
            //把数字读出来进行相加
            write(calc.binCalculate(Calculator.binaryOperatorModes.add, reader()));
            text.replaceSelection(butAdd.getText());
         }

         // 处理减法操作
         if (source == butMinus) {
            write(calc.binCalculate(Calculator.binaryOperatorModes.minus, reader()));
            text.replaceSelection(butMinus.getText());
         }
        ...
}

4.Calculator类的基本属性和构造函数：主要包含Calculator类的基本属性和构造函数，包括操作数num1、num2，记录运算结果的result，记录当前运算符号的mode，以及记录一元运算和二元运算会用到的list

public enum binaryOperatorModes {
        normal, add, minus, multiply, divide , xPowerOfY
    }

    //一元运算
    public enum unaryOperatorModes {
        square, squareRoot, oneDivided, cos, sin, tan, log, rate, abs, ln,
    }


    private Double num1, num2;
    private Double result;
    //默认状态normal
    private binaryOperatorModes mode = binaryOperatorModes.normal;
    private List<String> unaryHistory = new ArrayList<>();
    private List<String> binaryHistory = new ArrayList<>();

5?二元运算模块：包含了二元运算相关的方法。binCalculateImpl方法用于执行实际的二元运算，binCalculate方法是对外的接口，处理用户输入的二元运算。calculateEqual方法用于处理等号操作。将运算结果返回到num1，用于下次运算。保存到result，用于记录的显示

//二元运算的具体实现
    private Double binCalculateImpl() {
        if (mode == binaryOperatorModes.normal) {
            return num2;
        }
        if (mode == binaryOperatorModes.add) {
            if (num2 != 0) {
                result = num1 + num2;
                return num1 + num2;
            }
            return num1;
        }
        if (mode == binaryOperatorModes.minus) {
            result = num1 - num2;
            return num1 - num2;
        }
        if (mode == binaryOperatorModes.multiply) {
            result = num1 * num2;
            return num1 * num2;
        }
        if (mode == binaryOperatorModes.divide) {
            result = num1 / num2;
            return num1 / num2;
        }
        if (mode == binaryOperatorModes.xPowerOfY) {
            result = Math.pow(num1, num2);
            return Math.pow(num1, num2);
        }
        throw new Error("没有该运算");
    }

    // 二元运算的对外接口
    public Double binCalculate(binaryOperatorModes newMode, Double num) {
        if (mode == binaryOperatorModes.normal) {
            num2 = 0.0;
            num1 = num;
            mode = newMode;
            return NaN;
        } else {
            Double temp = num1;
            num2 = num;
            num1 = binCalculateImpl();
            mode = newMode;
            String opr = null;

            binaryHistory.add("操作数: " + temp + " " + getOperatorSymbol(mode) + " " + num2 + " 结果 " + result);
            return num1;
        }

    }

6.一元运算模块、重置运算器模块：重置计算器，将num1、num2置零，状态mode置为normal
实现简单的一元运算，并且将运算记录保存

 // 重置计算器状态的方法
    public Double reset() {
        num2 = 0.0;
        num1 = 0.0;
        mode = binaryOperatorModes.normal;
        //无效字符
        return NaN;
    }


    // 执行单元操作的方法
    public Double unaryCalculate(unaryOperatorModes newMode, Double num) {
        if (newMode == unaryOperatorModes.square) {
            result = num * num;
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.squareRoot) {
            result = Math.sqrt(num);
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.oneDivided) {
            result =  1 / num;
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.cos) {
            result = Math.cos(Math.toRadians(num));
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.sin) {
            result = Math.sin(Math.toRadians(num));
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.tan) {
            if (num == 0 || num % 180 == 0) {
                result =  0.0;
            }
            if (num % 90 == 0 && num % 180 != 0) {
                result = NaN;
            }
            result = Math.tan(Math.toRadians(num));
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.log) {
            result = Math.log10(num);
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.ln) {
            result = Math.log(num);
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.rate) {
            result = num / 100;
        }
        if (newMode == unaryOperatorModes.abs){
            result = Math.abs(num);
        }
        unaryHistory.add("表达式: " + getOperatorSymbol(newMode) + "(" + num + ") = " + result);
        return result;
    }

7.获取操作符符号模块：将当前的mode转化为其对应的符号字符串，用于写入计算的历史记录中

  public static String getOperatorSymbol(binaryOperatorModes mode) {
        return switch (mode) {
            case add -> "+";
            case minus -> "-";
            case multiply -> "*";
            case divide -> "/";
            case xPowerOfY -> "^";
            default -> "";
        };
    }

    public static String getOperatorSymbol(unaryOperatorModes mode) {
        return switch (mode) {
            case square -> "^";
            case squareRoot -> "sqrt()";
            case oneDivided -> "1/x";
            case cos -> "cos";
            case sin -> "sin";
            case tan -> "tan";
            case log -> "log()";
            case rate -> "rate()";
            case abs -> "abs()";
            case ln -> "ln()";
            default -> "";
        };
    }

10.项目代码扫描结果及改正。

结果：

1.变量命名错误：

将butXPowerOfY改为butXpowerOfY

2.包名命名错误

改为Ui

11. 项目总结（包括不足与展望、想要进一步完成的任务）

1. 不足：

界面布局使用了多个 JPanel 进行组合，没有使用更灵活的布局管理器，如BorderLayout或 GridBagLayout，部分代码重复，没有优化界面布局和颜色。计算器中没有实现小数点功能，不能直接添加小数，操作历史记录没有完全实现，有时候不能记录符号。

2. 展望：

增加支持复数计算、矩阵计算和小数点运算等，可以继续优化界面，使用更灵活的布局管理器,如BorderLayout，优化颜色布局等