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JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

2023-06-29 02:06:34 322人浏览泡泡鱼

摘要

小编给大家分享一下javascript如何实现计算器的四则运算功能，相信大部分人都还不怎么了解，因此分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后大有收获，下面让我们一起去了解一下吧！一、需求 + 最终实现注：只是前端实现1. 需求需

小编给大家分享一下javascript如何实现计算器的四则运算功能，相信大部分人都还不怎么了解，因此分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后大有收获，下面让我们一起去了解一下吧！

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

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）

实现最基础的加减乘除

支持高位数的运算

支持多次的运算

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) {        case '*':          array[index + 1] = mul(array[index - 1], array[index + 1]);          break;        case '/':          array[index + 1] = div(array[index - 1], array[index + 1]);          break;        case '+':          array[index + 1] = add(Number(array[index - 1]), Number(array[index + 1]));          break;        case '-':          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：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：

JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

（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）：

JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

（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

JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

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：

JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

（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：

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.split('/') // 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：

JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

（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：

  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：

JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

（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：

JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

（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？

JavaScript如何实现计算器的四则运算功能

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~