Java_计算器001，支持加减乘除，括号，小数点，√，^ 运算

对于001版本变更了对于负数的处理方式，增加了小数、√、^

package caculator_002;
import java.util.ArrayList;
//001支持+-*/，负号
//002预期  支持小数点  开n次幂 求n次幂

import java.util.Scanner;
public class Caculator_002
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Scanner input=new Scanner(System.in);
        String strIn;
          System.out.println("请输入需要计算的式子：(不要有空格）");
       strIn=input.nextLine();
        center(strIn);
       
        input.close();
    }
    //1+(2-3*(5+1)/(-4+2*(-6))-3*(+6-(-2)))+6*(5-4)
    private static void center(String strIn)//计算器主体
    {
        //计算前进行验证处理
        judge(strIn);
        String str0=strIn;//留存备份
        strIn=addBrackets(strIn);//保持最外围有括号
        ArrayList<String> jiSuan1=new ArrayList<String>();
        ArrayList<Double> jiSuan2=new ArrayList<Double>();
        ArrayList<Double> re=new ArrayList<Double>();
        ArrayList<Double> num=separateNum(strIn);//分离数字
        ArrayList<Integer> sumNum=new ArrayList<Integer>();
        ArrayList<Integer> sumSym=new ArrayList<Integer>();
        ArrayList<String>  sym=simpleSym(strIn);//式子简化为待求公式
        sumNum=sumNumber(sym);//统计数字
        sumSym=sumSymbol(sym);//统计符号
        double result=0;//总计算结果
        int cm=brackets0(sym);//总括号数
        int bra [][]=new int[cm][2];
        bra=brackets(sym);//括号统计
        
        int m=0;//m 最大层数
        for(int i=0;i<bra.length;i++)
        {
            if(m<bra[i][0])
            {
                m=bra[i][0];
            }
        }
        int i=0,k,t=0,d,f=1,g1=1,g2=1,n,r1=-1,r2=0,l1=-1,l2=-1;//t,d 相对应的一对括号
        for(i=m;i>=0;i--)//层数循环
        {
            for(t=0;t<bra.length;t++)
            {
                if(bra[t][0]==i)//每一对括号
                {
                    d=t+1;
                    jiSuan1.clear();//清空
                    jiSuan2.clear();
                    re.clear();
                /*    for(;;)//找出相对应的另一半括号
                    {
                        d++;
                        if(bra[d][0]==bra[t][0])
                        {
                            break;
                        }
                    }*/
                    l1=bra[t][1];
                    r1=bra[d][1];
                    /*for(k=bra[t][1]+1;k<bra[d][1];k++)//将需要计算的部分输入jiSuan1中
                    {
                        
                        jiSuan1.add(sym.get(k));
                        if(g1==1)
                        {
                            k1=k;
                            g1=0;
                        }
                    }*/
                //    sym.add(bra[t][0],"0");
                    //44.7-4*1
                    for(k=0,g1=1,l1=0,r1=0;k<sumSym.size();k++)//将需要计算的部分输入jiSuan1中sumSym.get(n)
                    {
                        n=sumSym.get(k);
                        if(n>bra[t][1]&&n<bra[d][1])
                        {
                            jiSuan1.add(sym.get(n));
                            r1++;
                        if(g1==1)
                            {
                                l1=k;
                                g1=0;
                            }
                        }
                    }
                    for(k=0,g2=1,l2=0,r2=0;k<sumNum.size();k++)//将需要计算的部分输入jiSuan2中sumNum.get(k)
                    {
                        n=sumNum.get(k);
                        if(n>bra[t][1]&&n<bra[d][1])
                        {
                            jiSuan2.add(num.get(k));
                            r2++;
                        if(g2==1)
                            {
                                l2=k;
                                g2=0;
                            }
                        }
                    }
                    for(int x=bra[t][1];x<=bra[d][1]&&l1>=0&&r1>=0;x++)
                    {
                        sym.set(x, "@");
                    }
                    //调用函数计算
                    result=caculate(jiSuan1,jiSuan2);
                    //删除
                    int z=bra[t][1];
                    while(z>=0)
                    {
                        sym.remove(z);
                        z=sym.indexOf("@");
                        
                    }
                    sym.add(bra[t][1],"0");
                    for(z=0;z<r2;z++)
                    {
                        num.remove(l2);
                    }
                    num.add(l2, result);
                    //计算
                    bra=brackets(sym);
                    sumNum=sumNumber(sym);
                    sumSym=sumSymbol(sym);
                    //System.out.println(d);
                    t=0;
                }
            }
        }
        output(str0,result);

    }

    private static ArrayList<String> sToA(String s)  //将 String 转化为 ArrayList
    {
       ArrayList<String> a=new ArrayList<String>();
       for(int i=0;i<s.length();i++)
       {
           a.add(s.substring(i, i+1));
       }
       return a;
    
    }
    private static String aToS(ArrayList<String> a)  //将 String 转化为 ArrayList
    {
       String s="";
       for(int i=0;i<a.size();i++)
       {
           s=s+a.get(i);
       }
      return s;
    }
    
 
    private static String addBrackets(String s)
    {
        if(!(s.charAt(0)=='('&&s.charAt(s.length()-1)==')'))
        {
            s="("+s+")";
        }
        else if(s.indexOf(")")!=s.length()-1)
        {
            s="("+s+")";
        }
        return s;
    }
    private static int brackets0(ArrayList<String> str)   //实现括号的粗略统计
    {
        ArrayList<String> s=new ArrayList<String>(str);
        int c=0,i=0;
        for(;;)
        {
            if((i=s.indexOf("("))<0)
            {
                break;
            }
            s.remove(i);
                c++;
        }
        for(;;)
        {
            if((i=s.indexOf(")"))<0)
            {
                break;
            }
            s.remove(i);
                c++;
        }
            return c;
    }
    
    private static ArrayList<Integer> sumNumber(ArrayList<String> s) //实现数字的统计
    {
        ArrayList<Integer> a=new ArrayList<Integer>();
        int i=0;
        String str;
        char c;
        for(i=0;i<s.size();i++)
        {
            str=s.get(i);
            c=str.charAt(0);
            if(c=='0')
            {
                a.add(i);
            }
            
        }
        return a;
    }
    
    private static ArrayList<Integer> sumSymbol(ArrayList<String> s) //实现符号的统计
    {
        ArrayList<Integer> a=new ArrayList<Integer>();
        int i=0;
        String str;
        char c;
        for(i=0;i<s.size();i++)
        {
            str=s.get(i);
            c=str.charAt(0);
            if(c!='0'&&c!='('&&c!=')')
            {
                a.add(i);
            }
            
        }
        return a;
    }
    private static int[][] brackets( ArrayList<String> sym) //实现括号的统计
    {
       //                   +(-*(+)/(-+*(-))-*(+-(-)))+*(-)
       ArrayList<Integer> b1=new ArrayList<Integer>();//层数
       ArrayList<Integer> b2=new ArrayList<Integer>();//位置
       int c=-1;//层数
       int cm=0;//最大层数
       int i,f=1;
      String s=aToS(sym);
       for( i=0;i<s.length();i++)
       {
       
           if(s.charAt(i)=='(')
           {
               if(f==1)
               {
               c++;
               }
               f=1;
               b1.add(c);
            b2.add(i);
           }
           if(s.charAt(i)==')')
           {
               if(f==0)
               {
               c--;
               }
               f=0;
               b1.add(c);
            b2.add(i);
           }
           if(cm<c)
           {
               cm=c;
           }
           
       }
       

             int bra[][]=new int[b1.size()][2];//第一 维序号，第二维层数、位置
             for(i=0;i<b1.size();i++)
             {
                 bra[i][0]=b1.get(i);
                 bra[i][1]=b2.get(i);
             }
         
        return bra;
    
    }
    
   
    private static double caculate(ArrayList<String> s,ArrayList<Double> a) //计算
    {
       double result=0,left,right;
       int i=-1;
       while((i=s.indexOf("√"))>=0)
       { 
           left=1/a.remove(i);
            right=a.remove(i);
           try
           {
               if(right<0)
               {
                   throw new Exception("被开方数不能小于零！");
               }
             
               a.add(i,Math.pow(right, left));
               
           }
           catch(Exception e)
              {
               System.out.println(e.getMessage());
              }
           s.remove(i);
       }
        i=0;
        while((i=s.indexOf("^"))>=0)
           {
               left=a.remove(i);
               right=a.remove(i);
               a.add(i,Math.pow(left, right));
               s.remove(i);
           }
            i=0;
       while((i=s.indexOf("/"))>=0)
       {
               left=a.remove(i);
               right=a.remove(i);
               try
               {
                   if(Math.abs(right)<10e-8)
                   {
                       throw new Exception("除数不能为零！");
                   }
                   a.add(i, left/right);
               }
               catch(Exception e)
               {
                   System.out.println(e.getMessage());
               }
               s.remove(i);
       }
       i=0;
          while((i=s.indexOf("*"))>=0)
          {
              left=a.remove(i);
              right=a.remove(i);
              a.add(i, left*right);
              s.remove(i);
          }
          i=0;
          while((i=s.indexOf("-"))>=0)
          {
              left=a.remove(i);
              right=a.remove(i);
              a.add(i, left-right);
              s.remove(i);
          }
          i=0;
          while((i=s.indexOf("+"))>=0)
          {
              left=a.remove(i);
              right=a.remove(i);
              a.add(i, left+right);
              s.remove(i);
          }
       
    //end
           result=a.get(0);
        return result;
    }

    
    private static ArrayList<Double> separateNum(String s) 
    {
        ArrayList<Double> num=new ArrayList<Double>();
        String c="";
        int i=0,t=0,f=0,l,p,l2=0,minus=0;

        double d=0,a,    m=0;
        for(i=0;i<s.length();i++)
        {
            
            if((s.charAt(i)>='0'&&s.charAt(i)<='9')||s.charAt(i)=='.')
            {
                c=c+s.charAt(i);
                f=1;
                if(s.charAt(i-1)=='-'&&(s.charAt(i-2)=='('||s.charAt(i-2)=='√'||s.charAt(i-2)=='^'))
                {
                    c="-"+c;
                }
            //    System.out.println("add"+c);
            }
            else if(f==1)
            {
                if(c.charAt(0)=='-')
                {
                    minus=1;
                    c=c.substring(1);
                }
                //字符转数字
                p=c.indexOf('.');
                l=c.length();
                if(p>0)
                {
                    l2=l-p;//小数
                    l=p;//整数
                }
                for(t=0,m=10,d=0;t<l&&t!=p;t++)
                {
                    a=c.charAt(t)-'0';
                    d=d+a*Math.pow(m,l-1-t);    
                }
                if(p>0)
                {
                    for(t=1,m=0.1;t<l2;t++)
                    {
                        a=c.charAt(p+t)-'0';
                        d=d+a*Math.pow(m,t);    
                    }
                }
                if(minus==1)
                {
                    d=-1*d;
                    minus=0;
                }
                num.add(d);
                f=0;
                c="";
            }
        }
 
        return num;
    }
    private static ArrayList<String> simpleSym(String s)
    {
        ArrayList<String> sym=new ArrayList<String>();
        int f=0,f2=0;

        s="0+"+s;
            for(int i=0;i<s.length();i++)
            {
                if((s.charAt(i)>='0'&&s.charAt(i)<='9')||s.charAt(i)=='.')
                {
                    f=1;
                }
                else if(f==1)
                {
                    sym.add("0");
                    f=0;
                }
                if(s.charAt(i)=='+'||s.charAt(i)=='-'||s.charAt(i)=='^'||s.charAt(i)=='√')
                {
                    if(s.charAt(i-1)!='('&&s.charAt(i-1)!='√'&&s.charAt(i-1)!='^')
                    {
                        sym.add(s.substring(i,i+1));
                    }
                }
                
                if(s.charAt(i)=='*'||s.charAt(i)=='/'||s.charAt(i)=='('||s.charAt(i)==')')
                {
                        sym.add(s.substring(i,i+1));
                }
                    
            }
            //System.out.println(sym);

                sym.remove(0);
                sym.remove(0);
            s=s.substring(2);
        return sym;
    }
    
    private static void judge(String s)//验证式子是否正确
    {
        try
        {
            //字符是否正确
            for(int i=0,f=0;i<s.length();i++)
            {
                f=0;
                if(s.charAt(i)=='+'||s.charAt(i)=='-'||s.charAt(i)=='*'||s.charAt(i)=='/'||s.charAt(i)=='('||s.charAt(i)==')'||s.charAt(i)=='.'||s.charAt(i)=='^'||s.charAt(i)=='√')//根号251
                {
                    
                    f=1;
                }
                if(s.charAt(i)>='a'&&s.charAt(i)<='z'||s.charAt(i)>='A'&&s.charAt(i)<='Z')
                {
                    f=1;
                }
                if(s.charAt(i)>='0'&&s.charAt(i)<='9')
                {
                    f=1;
                }
                if(f==0)throw  new Exception("未识别的符号" "+s.charAt(i)+" "，位置："+(i+1));
            }
            //括号是否匹配
            int left=0,right=0;
        for(int i=0;i<s.length();i++)
        {
            if(s.charAt(i)=='(')
            {
                left++;
            }
            if(s.charAt(i)==')')
            {
                right++;
            }
            
        }
        if(left!=right)throw  new Exception("括号不匹配");
        //符号是否正确
        for(int i=0;i<s.length();i++)
        {
            if(s.charAt(i)=='+'||s.charAt(i)=='-')
            {
                if(i>0&&(s.charAt(i-1)=='+'||s.charAt(i-1)=='-'||s.charAt(i-1)=='*'||s.charAt(i-1)=='/'))
                {
                    throw  new Exception("运算符"+s.charAt(i)+"左边没有数字，位置："+(i+1));
                }
                if(s.charAt(i+1)=='+'||s.charAt(i+1)=='-'||s.charAt(i+1)=='*'||s.charAt(i+1)=='/'||s.charAt(i+1)==')'||s.charAt(i+1)=='√'||s.charAt(i+1)=='^')    
                {
                    throw  new Exception("运算符"+s.charAt(i)+"右边没有数字，位置："+(i+1));
                }
                if(s.charAt(s.length()-1)=='+'||s.charAt(s.length()-1)=='-'||s.charAt(s.length()-1)=='*'||s.charAt(s.length()-1)=='/'||s.charAt(s.length()-1)=='√'||s.charAt(s.length()-1)=='^')    
                {
                    throw  new Exception("运算符"+s.charAt(s.length()-1)+"右边没有数字，位置："+(s.length()));
                }
            }
            if(s.charAt(i)=='*'||s.charAt(i)=='/')
            {
                if(s.charAt(i-1)=='+'||s.charAt(i-1)=='-'||s.charAt(i-1)=='*'||s.charAt(i-1)=='/'||s.charAt(i-1)=='('||s.charAt(i-1)=='√'||s.charAt(i-1)=='^')
                {
                    throw  new Exception("运算符"+s.charAt(i)+"左边没有数字，位置："+(i+1));
                }
                if(s.charAt(i+1)=='+'||s.charAt(i+1)=='-'||s.charAt(i+1)=='*'||s.charAt(i+1)=='/'||s.charAt(i+1)==')'||s.charAt(i+1)=='√'||s.charAt(i+1)=='^')    
                {
                    throw  new Exception("运算符"+s.charAt(i)+"右边没有数字，位置："+(i+1));
                }
                if(i>0&&(s.charAt(s.length()-1)=='+'||s.charAt(s.length()-1)=='-'||s.charAt(s.length()-1)=='*'||s.charAt(s.length()-1)=='/'||s.charAt(s.length()-1)=='√'||s.charAt(s.length()-1)=='^'))    
                {
                    throw  new Exception("运算符"+s.charAt(s.length()-1)+"右边没有数字，位置："+(s.length()));
                }
            }
        }
        }catch(Exception e)
        {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
   
    private static void output(String s,double b)
    {
        System.out.println(s+" = "+b);

    }
}