JavaScript实现计算器的四则运算功能

目录

一、需求 + 最终实现1. 需求2. 说明：利用了字符串（split、replace）和数组（splice）的方法。3. 代码实现二、实现步骤1. 版本一：实现基础加减乘除2. 版本二：实现高位数的运算3. 支持多次的运算三、思考后端思维前端思维结束

一、需求 + 最终实现

注：只是前端实现

1. 需求

需求来源是因为有一个做嵌入式 c/c++的基友做了一个远程计算器。 需求是要求支持输入一个四则混合运算公式的字符串，返回计算后的结果。

想看看用 c/c++封装过的 javascript 如果要实现这样一个功能最终效果（文章后我会讨论这两种实现思路，还望各位看官可以提出一些优化方案以及建议之类的~）。

2. 说明：利用了字符串（split、replace）和数组（splice）的方法。

主要是用到字符串切分为数组的方法 split、以及数组中插入删除的方法 splice。 字符串正则 replace 方法是考虑到用户的输入习惯可能有所不同，例如 1+2*3/4 与 3 * 7 + 229。

支持：

基础四则运算 3+6*5/6-3;小数四则运算 3.14 + 6 * 5 / 6 – 3.5;高位四则运算 99 * 94 – 6.35 + 100 / 1024;多次四则运算 3 * 3 + 3 * 16 – 7 – 5 + 4 / 2 + 22;以上综合

不支持：

带括号的运算 1 * (2 – 3);其他数学运算

3. 代码实现

/** * js四则混合运算计算器  功能实现（约20行+ 面条代码） * @param {string} str 输入的四则运算字符串 * @return {number} 输出 结果 */const calculator = (str) => {  // 定义添加字符函数  const add = (arr, symbol) => {    let length = arr.length;    while (length > 1) {      arr.splice(length - 1, 0, symbol); // 在每一项后面添加对应的运算符      length--;    }    return arr; // 目的是得到一个改变长度的数组  }  const array = add(str.replace(/\s*/g,"").split('+'), '+').map(it => add(it.split('-'), '-').map(it => add(it.split('*'), '*').map(it => add(it.split('/'), '/')))).flat(3);;  // 先运算乘除法  ['*', '/'].map(it => {    while (array.includes(it)) {      const index = array.findindex(o => o === it);      index > 0 && it === '*' ? array.splice(index - 1, 3, (number(array[index - 1]) * number(array[index + 1]))) : array.splice(index - 1, 3, (number(array[index - 1]) / number(array[index + 1])));    }  })  // 再执行加减法，即从左至右的计算  while (array.length > 1) {    array[1] === '+' ? array.splice(0, 3, (number(array[0]) + number(array[2]))) : array.splice(0, 3, (number(array[0]) - number(array[2])));  }  return number(array[0]).tofixed(2);}

如果对 es6 语法还算熟悉的话，应该可以轻松阅读代码的。 想必你也注意到了，这也是其中令我比较纠结的：在日常开发中，是否该经常写一些面条代码呢？

二、实现步骤

（轻松理解的大佬可以直接跳到：步骤3）

1.实现最基础的加减乘除

2.支持高位数的运算

3.支持多次的运算

4.支持…

如果是初学者，建议跟着敲一下过程（或者 f12 验证 + 调试），编程能力某种角度下一定是建立在代码量之下的。

1. 版本一：实现基础加减乘除

// 版本一const calculator = ((str) => {  // 定义最基础的加减乘除  const add = (a, b) => a + b;  const sub = (a, b) => a - b;  const mul = (a, b) => a * b;  const div = (a, b) => a / b;  // 将输入的字符串处理为 数组  const array = str.split('');  // **【处理基本四则运算】  ['*', '/', '+', '-'].map(it => {    const index = array.findindex(o => o === it);    if (index > 0) {      switch (it) {        ca '*':          array[index + 1] = mul(array[index - 1], array[index + 1]);          break;        ca '/':          array[index + 1] = div(array[index - 1], array[index + 1]);          break;        ca '+':          array[index + 1] = add(number(array[index - 1]), number(array[index + 1]));          break;        ca '-':          array[index + 1] = sub(number(array[index - 1]), number(array[index + 1]));          break;      }      array.splice(index - 1, 2)    }  })  // return array[0];  console.log('返回值:', array[0]);})('3+6*5/6-3')// 返回值: 5

这样就实现了一个四则混合运算的计算器！

但是这个计算器很鸡肋，只是一个最基础的功能上的实现。即：序属三秋只可以运行一位数数字的加减乘除混合运算。

其实第一步的想法是，利用数组的性质，通过操作数组来操作单次的四则运算。其中数组的遍历，我优先 *, / 法，紧接着是 +，- 法。 这其实是有问题的，乘除法在实际运算中的优先级并不明显，可以说是不怎么影响运算的结果（在文章最后一个版本实现涉及到性能上的讨论时会详谈），但是加减法就会有影响了：必须是从左至右的实现，否则影响运算的结果（这里不多赘述）。

【处理基本四则运算】

首先处理字符串为数组 const array = str.split(”);这一步代码举例说明：

（图一）

在处理字符串的时候，可以看到 ‘3+6*5/6-3’ 处理成了 [‘3’, ‘+’, ‘6’, ‘*’, ‘5’, ‘/’, ‘6’, ‘-‘, ‘3’]。然后在版本一代码中，可以看到我处理运算的执行顺序是 [‘*’, ‘/’, ‘+’, ‘-‘]，所以版本一只支持加减乘除一次运算；const index = array.findindex(o => o === it); 这一步找到步骤 2 中的符号所在数组中的位置（说明一下，只用字符串的方法也可以实现，即找到字符串的位置，然后操作也可，只是数组更常用，也更容易理解）观察处理后的数组，符号总是隔一位出现的，即便是优先级较高的 *、/ 法，也是符号所在的位置的前一项与后一项的运算结果。 array[index + 1] = mul(array[index – 1], array[index + 1]); 将符号所在的下一项的值为调用对应的操作函数的运算结果；删除符号位与第一项：array.splice(index – 1, 2)这时候可以看到最初定义的 array 数组一直在改变，以 node 环境下的打印结果为例（注意观察运算数组）：

（图二）

可以看到每次打印都会打印初始数组以及通过 splice 方法处理之后的结果。

弊端：此版本不支持多次运算，即四则混合运算只能执行一次。同时，也不能够支持高位运算。

2. 版本二：实现高位数的运算

在图一中

如果是涉及高位（个位以上）的数值运算字符串的话，单纯的使用 split(”) 方法会把两位数数值，处理成数组的两项，即影响运算结果。

所以我需要一个方法，在接收一个字符串以后，得到我想要的字符串：

（图三）

如图三所述， ary 即所需。

所以，图三中由 str 到 ary 的过程就是本次版本所需要实现的：

/** * 实现字符串的数组化分割 * @param {string} strs 输入的字符串 ： '12*33/3+9+10' * @retur芈月一生真实历史ns 数组 ['12', '*', '33', '/',  '3', '+', '9',  '+', '10'] */const split = () => {  const result = str.split('+')  // 遇到 + 处理为数组    .map(it => {      return it.split('-') // 遇到 - 处理为数组        .map(it => {          return it.split('*') // 遇到 * 处理为数组            .map(it => {              return it.s茶是谁发明的plit('/') // 遇到 / 处理为数组            })        })    })  return result.flat(3);}

我在设计这个算法的时候，一时间也没有太好的思路和想法，该函数处理字符串为一个多维数组，然后再将数组扁平化处理。如图四所示：

（图四）

图四中，执行该函数，得到一个多维数组（其实最高也只有三维数组），返回值 result 打印出来的结果可以看到，基本满足所需要的数组：[’31’, ‘+’, ’62’, ‘*’, ‘5’, ‘/’, ‘6’, ‘-‘, ‘3’] 。

接下来，为其带上运算符：

/** * 定义添加字符函数 * @param {string[]} result 传入的数组 ['31', '62*5/6-3'] * @param {string} symbol 传入的运算符 * @returns 数组 ['31', '+', '62*5/6-3'] */  const add = (result, symbol) => {    let length = result.length;    while (length !== 1) {      result.splice(length - 1, 0, symbol); // 在每一项后面添加对应的运算符      length--;    }    return result; // 目的是得到一个改变长度的数组  }

比如传入 [’31’, ’62*5/6-3′] ，只需要在第一项之后补 ‘+’ 即可。

实现的目的是考虑到多次运算的时候，为每一个因为 ‘+’ 分割的数组中的项添加运算符，所以这里用到了 while 循环语句，并且由一个变量 length 控制（也可以遍历数组或者 for 循环数组实现这一步操作）；

检验结果，如图五所示：

（图五）

这样就实现了这个任意长度数值数组输入时，返回带符号的数组。

【回顾一下】：

上面两个函数的整体实现就是，实现了根据符号分割数组，根据传入的数组与符号添加符号：

结合两个函数，并且简化一下代码（其实我个人还是喜欢写面条代码的，只是可能不利于阅读，但是看起来舒服一些~）：

  // 定义添加字符函数  const add = (result, symbol) => {    let length = result.length;    while (length !== 1) {      result.splice(length - 1, 0, symbol); // 在每一项后面添加对应的运算符      length--;    }    return result; // 目的是得到一个改变长度的数组  }  const array = (strs = str) =>    add(strs.split('+'), '+').map(it =>      add(it.split('-'), '-').map(it =>        add(it.split('*'), '*').map(it =>          add(it.split('/'), '/')        )      )    ).flat(3);

即，任意运算字符串的传入都可以处理为所需数组如图六所示：

（图六）

array 函数在后面直接把内部处理函数的返回值绑定了。

对于上述算法的设计如果有更好的实现还希望有朋友可以指出，大家互相之间可以学习一下。

3. 支持多次的运算

回到版本一，目前的实现只支持一次的四则混合运算，更合理的实现应该是先运算乘除法，再运算加减法，而且先出现的先执行。

完整运算代码：

const calculator = (str) => {  const add = (result, symbol) => {    let length = result.length;    while (length > 1) {      result.splice(length - 1, 0, symbol);      length--;    }    return result;  }  const array = add(str.replace(/\s*/g, "").split('+'), '+').map(it => add(it.split('-'), '-').map(it => add(it.split('*'), '*').map(it => add(it.split('/'), '/')))).flat(3);;  // 先运算乘除法  while (array.includes('*') || array.includes('/')) {    const itsymbol = array.find(o => o === '*' || o === '/');    const index = array.findindex(o => o === '*' || o === '/');    index > 0 && itsymbol === '*' ? array.splice(index - 1, 3, (number(array[index - 1]) * number(array[index + 1]))) : array.splice(index - 1, 3, (number(array[index - 1]) / number(array[index + 1])));  }  // 再执行加减法，即从左至右的计算  while (array.length > 1) {    array[1] === '+' ? array.splice(0, 3, (number(array[0]) + number(array[2]))) : array.splice(0, 3, (number(array[0]) - number(array[2])));  }  return number(array[0]).tofixed(2);}

注：有必要说明一下，因为个人习惯不同，所以输入带有空格情况，所以这里在处理字符串之前首先用到了一个正则表达式 str.replace(/\s*/g, “”) （去除空格）。
等等，我刚刚想到了什么？

如果大家都在输入的时候，自觉加一个空格隔开运算符与数值的话~

是不是我之前版本二中的字符串处理就可以省一下啦！！

所以作为开发者，一定要 注意规范，注意规范，注意规范！

上面完整代码中，

简化了调用加减乘除函数，改而用 array.splice(index – 1, 3, 运算) 运算直接可以操作两参数。得到了可操作数组 array 后，先执行乘除法，再执行加减法。乘除法里先判断 是否存在 * 或 / 两个符号，如果存在，则找到符号的位置，运算每一个乘除法，按数学的思维，谁在前先运算谁（但我依然规定了先运算所有的 *，再运算所有的 / 这种方式作为最终实现并放到了文章最开始。因为真正在运算的时候，乘除法的先后执行顺序得到的结果似乎并没有什么关系，而与我而言，我感觉在这套实现中，includes 与 find 的多次执行可能对性能上的损耗更大一些）当所有的乘除法执行完毕后，就只剩下加减法了，这时候按顺序执行加减法即可。最后保留两位小数。

其实这段代码更符合数学思维，先运算乘除法（谁在前先运算谁），再运算加减法。

如果大家有一些其他的想法，可以一起讨论一下~

三、思考

后端思维

1. 实现逆波兰表达式

1+2*3 这是一个中缀表达式，人脑很容易计算，结果为7。当然计算机也很容易处理这个表达式。

当我们输入1.2+(-1+3*1)*2,人脑需要思考一下，但计算机还是可以通过固定代码快速计算出结果。

但是，当我们随机输入中缀表达式 xxx 时，人脑可以手动计算出结果，计算机不可能一个表达式一个代码块，那么计算机怎么实现通用且快速的计算呢？答案就是后缀表达式。

中缀和后缀表达式在数据结构里有涉及到，我就不讲概念了，下面手动模拟一下计算机计算字符串表达式的过程。

2. 中缀表达式 => 后缀表达式

计算机易于计算的其实是后缀表达式，整个过程就是将已知的中缀表达式转换为后缀表达式。

2.1 定义【操作数栈】和【运算符栈】：

2.2 运算符栈出栈，操作数栈入栈，上式即可成为: 123*+ 这就是一个简单的后缀表达式

2.3 计算机在运算后缀表达式时：运算符栈读取 *，操作数栈读取含雨字的成语 2,3 得到结果 6,；然后运算 1 + 6 = 7。

3. 较复杂的表达式计算

入栈：

( 后的- 作为负数进入操作数栈（如果作为符号位，后面计算会成1.1 - 30）;

与上文一样，只是不同之处在于运算符栈，遇到 ( 以后先进入运算符栈;

直到遇到 )

3.1 使用 # 符号区分 负数、高位数、以及符号位

3.2 所以得到的后缀表达式为： #-1.1#3#10#*#+#2#/#；

出栈过程：

计算没有遇到符号位一 # 为准，依次取出直到遇到符号位之前，取出了三个数 -1.1 3 10遇到符号位以后，在结果栈中出栈，与符号计算结果 => 结果栈变为 -1.1 30依此计算：

出栈完成后，就实现了对逆波兰表达式的求值运算。

前端思维

我拿到【实现一个支持四则混合运算的计算器】需求以后，首先想到的是字符串转数组，然后去操作数组，然后由于高级语言的特性，很多方法已经封装完成，所以实现起来相对容易一些。

当然，也可以采用前端的代码，用着后端的思维去实现也是一个选择。

结束

其实这个计算器与电脑中的常规计算器并无区别，后期可以考虑的升级方式

实现 ( 与 ) 的优先级功能；其他数学计算等等…

总结一下就是，后端的实现在性能上无与伦比，尤其是代码的执行速度上，我这里没有测试数据，但是如果你有刷力扣的话，你可以看看同样的算法，js 的空间复杂度【内存消耗】，是 c/c++ 等更底层的语言消耗数倍。

同样的，如果用 c/c++ 底层语言 + 后端思维 去实现【开辟内存】、将中缀表达式转换为后缀表达式所用定义的【操作数栈】、【运算符栈】；以及各种栈顶栈底的【指针操作】；外加如果交由用户使用涉及到的设置【代理】，网络协议封装等等… （最终总代码量数百行）

我将之称为业务复杂度（hhh）对比前端 20行+ 的代码实现~

更底层语言需要考虑的东西比较多，所以实现起来花费的人力相对更多，同样的收获风声雨声读书声声声入耳的下一句的对电脑性能消耗性价比也是前端 js 不可比拟的

不当之处还望各位指正~

以上就是javascript实现计算器的四则运算功能的详细内容，更多关于javascript计算器的资料请关注www.887551.com其它相关文章！