一、需求 + 最終實現(xiàn)

注：只是前端實現(xiàn)

1. 需求

需求來源是因為有一個做嵌入式 C/C++的基友做了一個遠程計算器。 需求是要求支持輸入一個四則混合運算公式的字符串，返回計算后的結(jié)果。

想看看用 C/C++封裝過的 JavaScript 如果要實現(xiàn)這樣一個功能最終效果（文章后我會討論這兩種實現(xiàn)思路，還望各位看官可以提出一些優(yōu)化方案以及建議之類的~）。

2. 說明：利用了字符串（split、replace）和數(shù)組（splice）的方法。

主要是用到字符串切分為數(shù)組的方法 split、以及數(shù)組中插入刪除的方法 splice。 字符串正則 replace 方法是考慮到用戶的輸入習慣可能有所不同，例如 1+2*3/4 與 3 * 7 + 229。

支持：

• 基礎四則運算 3+6*5/6-3;
• 小數(shù)四則運算 3.14 + 6 * 5 / 6 - 3.5;
• 高位四則運算 99 * 94 - 6.35 + 100 / 1024;
• 多次四則運算 3 * 3 + 3 * 16 - 7 - 5 + 4 / 2 + 22;
• 以上綜合

不支持：

• 帶括號的運算 1 * (2 - 3);
• 其他數(shù)學運算

3. 代碼實現(xiàn)

/**
 * js四則混合運算計算器  功能實現(xiàn)（約20行+ 面條代碼）
 * @param {string} str 輸入的四則運算字符串
 * @return {number} 輸出 結(jié)果
 */
const calculator = (str) => {
  // 定義添加字符函數(shù)
  const add = (arr, symbol) => {
    let length = arr.length;
    while (length > 1) {
      arr.splice(length - 1, 0, symbol); // 在每一項后面添加對應的運算符
      length--;
    }
    return arr; // 目的是得到一個改變長度的數(shù)組
  }
  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);;
  // 先運算乘除法
  ['*', '/'].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])));
    }
  })
  // 再執(zhí)行加減法，即從左至右的計算
  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);
}

如果對 ES6 語法還算熟悉的話，應該可以輕松閱讀代碼的。 想必你也注意到了，這也是其中令我比較糾結(jié)的：在日常開發(fā)中，是否該經(jīng)常寫一些面條代碼呢？

二、實現(xiàn)步驟

（輕松理解的大佬可以直接跳到：步驟3）

1.實現(xiàn)最基礎的加減乘除

2.支持高位數(shù)的運算

3.支持多次的運算

4.支持...

如果是初學者，建議跟著敲一下過程（或者 f12 驗證 + 調(diào)試），編程能力某種角度下一定是建立在代碼量之下的。

1. 版本一：實現(xiàn)基礎加減乘除

// 版本一
const calculator = ((str) => {
  // 定義最基礎的加減乘除
  const add = (a, b) => a + b;
  const sub = (a, b) => a - b;
  const mul = (a, b) => a * b;
  const div = (a, b) => a / b;
  // 將輸入的字符串處理為 數(shù)組
  const array = str.split('');
  // **【處理基本四則運算】
  ['*', '/', '+', '-'].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

這樣就實現(xiàn)了一個四則混合運算的計算器！

但是這個計算器很雞肋，只是一個最基礎的功能上的實現(xiàn)。即：只可以運行一位數(shù)數(shù)字的加減乘除混合運算。

其實第一步的想法是，利用數(shù)組的性質(zhì)，通過操作數(shù)組來操作單次的四則運算。其中數(shù)組的遍歷，我優(yōu)先 *, / 法，緊接著是 +，- 法。 這其實是有問題的，乘除法在實際運算中的優(yōu)先級并不明顯，可以說是不怎么影響運算的結(jié)果（在文章最后一個版本實現(xiàn)涉及到性能上的討論時會詳談），但是加減法就會有影響了：必須是從左至右的實現(xiàn)，否則影響運算的結(jié)果（這里不多贅述）。

【處理基本四則運算】

首先處理字符串為數(shù)組 const array = str.split('');這一步代碼舉例說明：

（圖一）

1. 在處理字符串的時候，可以看到 '3+6*5/6-3' 處理成了 ['3', '+', '6', '*', '5', '/', '6', '-', '3']。
2. 然后在版本一代碼中，可以看到我處理運算的執(zhí)行順序是 ['*', '/', '+', '-']，所以版本一只支持加減乘除一次運算；
3. const index = array.findIndex(o => o === it); 這一步找到步驟 2 中的符號所在數(shù)組中的位置（說明一下，只用字符串的方法也可以實現(xiàn)，即找到字符串的位置，然后操作也可，只是數(shù)組更常用，也更容易理解）
4. 觀察處理后的數(shù)組，符號總是隔一位出現(xiàn)的，即便是優(yōu)先級較高的 *、/ 法，也是符號所在的位置的前一項與后一項的運算結(jié)果。 array[index + 1] = mul(array[index - 1], array[index + 1]); 將符號所在的下一項的值為調(diào)用對應的操作函數(shù)的運算結(jié)果；
5. 刪除符號位與第一項：array.splice(index - 1, 2)
6. 這時候可以看到最初定義的 array 數(shù)組一直在改變，以 node 環(huán)境下的打印結(jié)果為例（注意觀察運算數(shù)組）：

（圖二）

可以看到每次打印都會打印初始數(shù)組以及通過 splice 方法處理之后的結(jié)果。

弊端：此版本不支持多次運算，即四則混合運算只能執(zhí)行一次。同時，也不能夠支持高位運算。

2. 版本二：實現(xiàn)高位數(shù)的運算

在圖一中

如果是涉及高位（個位以上）的數(shù)值運算字符串的話，單純的使用 split('') 方法會把兩位數(shù)數(shù)值，處理成數(shù)組的兩項，即影響運算結(jié)果。

所以我需要一個方法，在接收一個字符串以后，得到我想要的字符串：

（圖三）

如圖三所述， ary 即所需。

所以，圖三中由 str 到 ary 的過程就是本次版本所需要實現(xiàn)的：

/**
 * 實現(xiàn)字符串的數(shù)組化分割
 * @param {string} strs 輸入的字符串 ： '12*33/3+9+10'
 * @returns 數(shù)組 ['12', '*', '33', '/',  '3', '+', '9',  '+', '10']
 */
const split = () => {
  const result = str.split('+')  // 遇到 + 處理為數(shù)組
    .map(it => {
      return it.split('-') // 遇到 - 處理為數(shù)組
        .map(it => {
          return it.split('*') // 遇到 * 處理為數(shù)組
            .map(it => {
              return it.split('/') // 遇到 / 處理為數(shù)組
            })
        })
    })
  return result.flat(3);
}

我在設計這個算法的時候，一時間也沒有太好的思路和想法，該函數(shù)處理字符串為一個多維數(shù)組，然后再將數(shù)組扁平化處理。如圖四所示：

（圖四）

圖四中，執(zhí)行該函數(shù)，得到一個多維數(shù)組（其實最高也只有三維數(shù)組），返回值 result 打印出來的結(jié)果可以看到，基本滿足所需要的數(shù)組：['31', '+', '62', '*', '5', '/', '6', '-', '3'] 。

接下來，為其帶上運算符：

/**
 * 定義添加字符函數(shù)
 * @param {string[]} result 傳入的數(shù)組 ['31', '62*5/6-3']
 * @param {string} symbol 傳入的運算符
 * @returns 數(shù)組 ['31', '+', '62*5/6-3']
 */
  const add = (result, symbol) => {
    let length = result.length;
    while (length !== 1) {
      result.splice(length - 1, 0, symbol); // 在每一項后面添加對應的運算符
      length--;
    }
    return result; // 目的是得到一個改變長度的數(shù)組
  }

比如傳入 ['31', '62*5/6-3'] ，只需要在第一項之后補 '+' 即可。

實現(xiàn)的目的是考慮到多次運算的時候，為每一個因為 '+' 分割的數(shù)組中的項添加運算符，所以這里用到了 while 循環(huán)語句，并且由一個變量 length 控制（也可以遍歷數(shù)組或者 for 循環(huán)數(shù)組實現(xiàn)這一步操作）；

檢驗結(jié)果，如圖五所示：

（圖五）

這樣就實現(xiàn)了這個任意長度數(shù)值數(shù)組輸入時，返回帶符號的數(shù)組。

【回顧一下】：

上面兩個函數(shù)的整體實現(xiàn)就是，實現(xiàn)了根據(jù)符號分割數(shù)組，根據(jù)傳入的數(shù)組與符號添加符號：

結(jié)合兩個函數(shù)，并且簡化一下代碼（其實我個人還是喜歡寫面條代碼的，只是可能不利于閱讀，但是看起來舒服一些~）：

  // 定義添加字符函數(shù)
  const add = (result, symbol) => {
    let length = result.length;
    while (length !== 1) {
      result.splice(length - 1, 0, symbol); // 在每一項后面添加對應的運算符
      length--;
    }
    return result; // 目的是得到一個改變長度的數(shù)組
  }
  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，任意運算字符串的傳入都可以處理為所需數(shù)組如圖六所示：

（圖六）

array 函數(shù)在后面直接把內(nèi)部處理函數(shù)的返回值綁定了。

對于上述算法的設計如果有更好的實現(xiàn)還希望有朋友可以指出，大家互相之間可以學習一下。

3. 支持多次的運算

回到版本一，目前的實現(xiàn)只支持一次的四則混合運算，更合理的實現(xiàn)應該是先運算乘除法，再運算加減法，而且先出現(xiàn)的先執(zhí)行。

完整運算代碼：

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);;
  // 先運算乘除法
  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])));
  }
  // 再執(zhí)行加減法，即從左至右的計算
  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：有必要說明一下，因為個人習慣不同，所以輸入帶有空格情況，所以這里在處理字符串之前首先用到了一個正則表達式 str.replace(/\s*/g, "") （去除空格）。
等等，我剛剛想到了什么？

如果大家都在輸入的時候，自覺加一個空格隔開運算符與數(shù)值的話~

是不是我之前版本二中的字符串處理就可以省一下啦??！

所以作為開發(fā)者，一定要 注意規(guī)范，注意規(guī)范，注意規(guī)范！

上面完整代碼中，

1. 簡化了調(diào)用加減乘除函數(shù)，改而用 array.splice(index - 1, 3, 運算) 運算直接可以操作兩參數(shù)。
2. 得到了可操作數(shù)組 array 后，先執(zhí)行乘除法，再執(zhí)行加減法。
3. 乘除法里先判斷 是否存在 * 或 / 兩個符號，如果存在，則找到符號的位置，運算每一個乘除法，按數(shù)學的思維，誰在前先運算誰（但我依然規(guī)定了先運算所有的 *，再運算所有的 / 這種方式作為最終實現(xiàn)并放到了文章最開始。因為真正在運算的時候，乘除法的先后執(zhí)行順序得到的結(jié)果似乎并沒有什么關系，而與我而言，我感覺在這套實現(xiàn)中，includes 與 find 的多次執(zhí)行可能對性能上的損耗更大一些）
4. 當所有的乘除法執(zhí)行完畢后，就只剩下加減法了，這時候按順序執(zhí)行加減法即可。
5. 最后保留兩位小數(shù)。

其實這段代碼更符合數(shù)學思維，先運算乘除法（誰在前先運算誰），再運算加減法。

如果大家有一些其他的想法，可以一起討論一下~

三、思考

后端思維

1. 實現(xiàn)逆波蘭表達式

1+2*3 這是一個中綴表達式，人腦很容易計算，結(jié)果為7。當然計算機也很容易處理這個表達式。

當我們輸入1.2+(-1+3*1)*2,人腦需要思考一下，但計算機還是可以通過固定代碼快速計算出結(jié)果。

但是，當我們隨機輸入中綴表達式 XXX 時，人腦可以手動計算出結(jié)果，計算機不可能一個表達式一個代碼塊，那么計算機怎么實現(xiàn)通用且快速的計算呢？答案就是后綴表達式。

中綴和后綴表達式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里有涉及到，我就不講概念了，下面手動模擬一下計算機計算字符串表達式的過程。

2. 中綴表達式 => 后綴表達式

計算機易于計算的其實是后綴表達式，整個過程就是將已知的中綴表達式轉(zhuǎn)換為后綴表達式。

2.1 定義【操作數(shù)?！亢汀具\算符棧】：

2.2 運算符棧出棧，操作數(shù)棧入棧，上式即可成為: 123*+ 這就是一個簡單的后綴表達式

2.3 計算機在運算后綴表達式時：運算符棧讀取 *，操作數(shù)棧讀取 2,3 得到結(jié)果 6,；然后運算 1 + 6 = 7。

3. 較復雜的表達式計算

入棧：

( 后的- 作為負數(shù)進入操作數(shù)棧（如果作為符號位，后面計算會成1.1 - 30）;

與上文一樣，只是不同之處在于運算符棧，遇到 ( 以后先進入運算符棧;

直到遇到 )

3.1 使用 # 符號區(qū)分 負數(shù)、高位數(shù)、以及符號位

3.2 所以得到的后綴表達式為： #-1.1#3#10#*#+#2#/#；

出棧過程：

• 計算沒有遇到符號位一 # 為準，依次取出
• 直到遇到符號位之前，取出了三個數(shù) -1.1 3 10
• 遇到符號位以后，在結(jié)果棧中出棧，與符號計算結(jié)果 => 結(jié)果棧變?yōu)?-1.1 30
• 依此計算：

• 出棧完成后，就實現(xiàn)了對逆波蘭表達式的求值運算。

前端思維

我拿到【實現(xiàn)一個支持四則混合運算的計算器】需求以后，首先想到的是字符串轉(zhuǎn)數(shù)組，然后去操作數(shù)組，然后由于高級語言的特性，很多方法已經(jīng)封裝完成，所以實現(xiàn)起來相對容易一些。

當然，也可以采用前端的代碼，用著后端的思維去實現(xiàn)也是一個選擇。

結(jié)束

其實這個計算器與電腦中的常規(guī)計算器并無區(qū)別，后期可以考慮的升級方式

• 實現(xiàn) ( 與 ) 的優(yōu)先級功能；
• 其他數(shù)學計算等等...

總結(jié)一下就是，后端的實現(xiàn)在性能上無與倫比，尤其是代碼的執(zhí)行速度上，我這里沒有測試數(shù)據(jù)，但是如果你有刷力扣的話，你可以看看同樣的算法，JS 的空間復雜度【內(nèi)存消耗】，是 C/C++ 等更底層的語言消耗數(shù)倍。

同樣的，如果用 C/C++ 底層語言 + 后端思維 去實現(xiàn)【開辟內(nèi)存】、將中綴表達式轉(zhuǎn)換為后綴表達式所用定義的【操作數(shù)?！俊ⅰ具\算符?！?；以及各種棧頂棧底的【指針操作】；外加如果交由用戶使用涉及到的設置【代理】，網(wǎng)絡協(xié)議封裝等等... （最終總代碼量數(shù)百行）

我將之稱為業(yè)務復雜度（hhh）對比前端 20行+ 的代碼實現(xiàn)~

更底層語言需要考慮的東西比較多，所以實現(xiàn)起來花費的人力相對更多，同樣的收獲的對電腦性能消耗性價比也是前端 JS 不可比擬的

不當之處還望各位指正~

以上就是JavaScript實現(xiàn)計算器的四則運算功能的詳細內(nèi)容，更多關于JavaScript計算器的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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