앞에서 만든 스택을 이용하여 계산기 프로그램을 만들어 보자.(Java Stack Calc), 구로디지털단지 자바계산기교육,자바스택교육,JAVa스택교육,스택계산기
계산기 프로그램을 만든다고 생각해 보자. 물론 아주 쉽게 사칙연산 계산기를 떠올릴 것이다.
그러나 사용자의 입력을 스트링 타입으로 받고 그 결과를 계산해서 리턴해 주는 프로그램을 생각해 보자.
예를들어 ((2+3)*4/2 )+(13/2*6-5(56+3)) 를 입력 받았다. 과연 어떻게 해서 프로그램상에서 계산해 낼 것인가?
위와 같은 연산식을 Infix notation이라고 한다. 왜냐하면 연산자가 숫자의 사이에 위치 하고 있기 때문이다.
그러나 이러한 식을 바로 계산하기에는 상당한 어려움이 따른다.
따라서 우리는 이것을 Postfix notation으로 바꾸고 연산하는 방식을 택하기로 한다.
[중위표기]
INFIX POSTFIX
----------------------------------------
a - b ab-
a + b / c
abc/+
a * b + c
ab*c+
(a + b) - c
ab+c-
a + c - h/b*r ac+hb/r*-
-. 중위표기를 후위표기로 바꾸기
어떻게 Postfix notation으로 바꾸는지 생각해 봐야 한다, 물론 Postfix notation으로 바꾸고 난 후에는 어떻게 계산이 되는지도 이해를 해야만
한다.
1. ‘(‘를 만나면 스택에 푸시한다.
2. ‘)’를 만나면 스택에서 ‘(‘가 나올 때까지 팝하여 출력하고 ‘(‘는 팝하여 버린다.
3. 연산자를 만나면 스택에서 그 연산자보다 낮은 우선순위의 연산자를 만날 때까지
팝하여 출력한 뒤에 자신을 푸시한다.(우선순위가 같거나 높은것은 팝한다.)
4. 피연산자는 그냥 출력한다.
5. 모든 입력이 끝나면 스택에 있는 연산자들을 모두 팝하여 출력한다.
-. 후위수식을 스택을 이용하여 계산하기
Postfix로 표시된 수식을 스택을 이용하여 계산하는 과정
하나 읽어 피연산자면 스택에 넣는다.
연산자이면 필요한 수 만큼 피연산자를 스택에서 커낸 후 연산을 수행하고 다시 스택에 넣는다.
[예제]
0. Stack.java
interface Stack {
public boolean isEmpty();
public Object peek();
public void push(Object theObject);
public Object pop();
}
1. ArrayStack.java
public class ArrayStack implements Stack {
int top; // current top of stack
Object [] stack; // element array
public ArrayStack(int initialCapacity) {
if (initialCapacity < 1)
throw new IllegalArgumentException
("initialCapacity must be >= 1");
stack = new Object [initialCapacity] ;
top = -1;
}
public ArrayStack() {
this(10);
}
public boolean isEmpty( ) {
return top == -1;
}
public Object peek() {
if (isEmpty() )
throw new EmptyStackException();
return stack[top];
}
public void push(Object theElement) {
// increase array size if necessary
if (top == stack.length - 1)
ensureCapacity();
// put theElement at the top of the stack
stack[++top] = theElement;
}
public Object pop() {
if (isEmpty())
throw new EmptyStackException();
Object topElement = stack[top];
stack[top--] = null; // enable garbage collection
return topElement;
}
private void ensureCapacity() {
Object[] larger = new Object[stack.length*2];
for (int index=0; index < stack.length; index++)
larger[index] = stack[index];
stack = larger;
}
public String toString() {
if (isEmpty())
return "<empty stack>";
String result = "<stack :";
for (int i = top; i >= 0; i--)
result += stack[i] + " ";
return result + ">";
} // end toString
}
2. Calc.java
class Calc {
//-------------------------------------------------------------------
//스택을 이용하여 중위표현을 후위표현으로 바꾸는 메소드
//-------------------------------------------------------------------
String postfix(String infixExp) {
Double value;
//숫자의 끝임을 알려주는 flag
//소수점 수식도 처리하기 위해서...
boolean endOfNumber = false;
String postfixExp = new String();
ArrayStack stk = new ArrayStack();
for(int i = 0; i < infixExp.length(); i++)
{
switch(infixExp.charAt(i))
{
//피연산자는 그대로 출력한다.
case '0':
case '1':
case '2':
case '3':
case '4':
case '5':
case '6':
case '7':
case '8':
case '9':
case '.':
postfixExp = postfixExp.concat(infixExp.charAt(i)+"");
endOfNumber = true;
break;
//왼쪽괄호인 경우에는 스택에 push 한다.
case '(':
if(endOfNumber == true) {
postfixExp = postfixExp.concat(" ");
endOfNumber = false;
}
stk.push(new Character('('));
break;
//우측괄호인 경우 좌괄호가 나올때까지 pop하여 출력하고
//좌괄호는 pop하여 버린다.
case ')':
if(endOfNumber == true) {
postfixExp = postfixExp.concat(" ");
endOfNumber = false;
}
while(((Character)stk.peek()).charValue() != '(' )
postfixExp = postfixExp.concat(((Character)stk.pop()).toString());
Object openParen = stk.pop();
break;
case '+':
case '-':
case '*':
case '/':
if(endOfNumber == true) {
postfixExp = postfixExp.concat(" ");
endOfNumber = false;
}
//연산자를 만나면 스택에서 그 연산자보다 낮은 우선순위의 연산자를 만날 때까지
//팝하여 출력한 뒤에 자신을 푸시한다.(우선순위가 같거나 높은것은 팝한다.)
while ( !stk.isEmpty() && ((Character)stk.peek()).charValue() != '('
&& getPrec(infixExp.charAt(i)) <= getPrec(((Character)stk.peek()).charValue()) ) {
postfixExp = postfixExp.concat(((Character)stk.pop()).toString());
}
stk.push(new Character(infixExp.charAt(i)));
break;
}
}
if(endOfNumber == true) {
postfixExp = postfixExp.concat(" ");
endOfNumber = false;
}
//모든 작업이 끝나면 스택에 있는 연산자들을 모두 팝하여 출력한다.
while( !stk.isEmpty())
{
postfixExp = postfixExp.concat(((Character)stk.pop()).toString());
}
System.out.println(postfixExp);
return postfixExp;
}
//----------------------------------------------------------------------
//후위표기 수식을 스택을 이용한 연산을 수행하는 메소드
//----------------------------------------------------------------------
Double result(String postfixExp) {
System.out.println(postfixExp);
Double value, buffer;
String temp = new String();
ArrayStack stk = new ArrayStack();
for(int i=0; i<postfixExp.length(); i++) {
switch(postfixExp.charAt(i)) {
case '0':
case '1':
case '2':
case '3':
case '4':
case '5':
case '6':
case '7':
case '8':
case '9':
case '.':
//여기까지는 아직 공백을 만나지 않았으므로 수식의 끝이 아니다.
temp = temp.concat(postfixExp.charAt(i)+"");
break;
case ' ':
//공백을 만나서야 비로서 수식을 스택에 넣는다.
//공백을 만나기전에 수식이 여러개 있었다면 temp에 붙어서 저장되어 있다.
stk.push(new Double(temp));
temp = new String();
break;
case '+':
value = new Double(((Double)stk.pop()).doubleValue() + ((Double)stk.pop()).doubleValue());
stk.push(value);
break;
case '-':
buffer = new Double(((Double)stk.pop()).doubleValue());
value = new Double(((Double)stk.pop()).doubleValue() - buffer.doubleValue());
stk.push(value);
break;
case '*':
value = new Double(((Double)stk.pop()).doubleValue() * ((Double)stk.pop()).doubleValue());
stk.push(value);
break;
case '/':
buffer = new Double(((Double)stk.pop()).doubleValue());
value = new Double(((Double)stk.pop()).doubleValue() / buffer.doubleValue());
stk.push(value);
break;
}
}
return (Double)stk.peek();
}
//------------------------------------------
//연산자의 우선순위를 Return
//------------------------------------------
int getPrec(char op) {
int prec = 0;
switch (op) {
case '+':
case '-':
prec = 1;
break;
case '*':
case '/':
prec = 2;
break;
}
return prec;
}
//-----------------------------------------
//괄호의 정확성 검사
//-----------------------------------------
static boolean bracketsBalance (String exp) {
ArrayStack stk = new ArrayStack(exp.length() +1);
for (int i = 0; i < exp.length(); i++) {
//Scan across the __EXPRESSION__
char ch = exp.charAt(i);
if ( ch== '[' || ch == '(' ) {
stk.push( new Character(ch));
}
else if(ch == ']' || ch == ')') {
//empty means brackets unmatched
if (stk.isEmpty()) return false;
char charFromStack = ((Character)stk.pop()).charValue();
if ( ch == ']' && charFromStack != '['
|| (ch == ')' && charFromStack != '(') )
return false;
} // end if
} // end for loop
return stk.isEmpty(); //empty means matched, else unmatched
}
}
3. EmptyStackException.java
public class EmptyStackException extends RuntimeException {
public EmptyStackException() {
super ("The stack is empty.");
}
public EmptyStackException (String message) {
super (message);
}
}
4. Main.java
class Main {
public static void main(String args[]) {
if (args.length < 1) {
System.out.println("Usage: java Postfix [infix __EXPRESSION__]\n");
return;
}
String infixExp = args[0];
Calc c = new Calc();
if (!c.bracketsBalance(infixExp)){
System.out.println("괄호를 정확히 하세요~");
System.exit(1);
}
String postfixExp = c.postfix(infixExp);
Double result = c.result(postfixExp);
System.out.println("The postfix __EXPRESSION__ for "+ infixExp +" is " + postfixExp);
System.out.println("The result = "+result);
}
}
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