科学计算器软件设计与实现--大学毕业设计论文

《面向对象程序设计》

课程设计报告

题目：科学计算器软件设计与实现

院（系）：信息科学与工程学院

专业班级：计算机科学与技术1201班

学生姓名：程伟

学号： 20121183011

指导教师：吴奕

20 14 年 12 月 29 日至20 15 年 1 月 9 日

华中科技大学武昌分校制

面向对象程序设计课程设计任务书

一、设计（调查报告/论文）题目

科学计算器软件设计与实现

二、设计（调查报告/论文）主要内容

内容：

完成一个图形界面的计算器，可以在标准计算器和科学计算器之间切换，标准计算器的基本功能有：加、减、乘、除基本算术运算；科学计算器的基本功能有：三角函数、进制转换、对数、阶乘；一元二次方程界面可以求一元二次方程的解；勾股定理界面可以求直角三角形边长。

基本功能与要求：

1．标准计算器：加、减、乘、除、求平方根；

2．科学计算器：进制转换、求解三角函数、对数运算、阶乘；

3．一元二次方程：求一元二次方程的解；

4．勾股定理：求直角三角边长。

三、原始资料

1.《面向对象程序设计课程设计》指导书

2. 耿祥义．JAVA大学实用教程．北京：清华大学出版社，2009．

四、要求的设计（调查/论文）成果

1.课程设计报告

2.课程设计软件

五、进程安排

布置任务，查找资料、需求分析1天

总体设计1天

详细设计1.5天

编制源程序实现3.5天

测试与修改1天

撰写课设报告2天

六、主要参考资料

[1] 张广彬. Java课程设计案例精编（第二版）.北京：清华大学出版社, 2011.

[2] 耿祥义. Java课程设计（第二版）.北京：清华大学出版社, 2008.

[3] 耿祥义．JAVA大学实用教程．北京：清华大学出版社，2009．

[4] 邹林达．陈国君 Java2程序设计基础．北京：清华大学出版社，2010．

[5] 邹林达．Java2程序设计基础实验指导．北京：清华大学，2010．

指导教师（签名）：

20 年月日

目录

1需求与总体设计 (1)

1.1需求分析 (1)

1.2总体设计思路 (1)

1.3功能图 (2)

1.4类图 (2)

2详细设计 (3)

2.1详细设计思路 (3)

2.2类图设计说明和细化 (10)

3编码实现............................................... 错误！未定义书签。

3.1java编码实现......................................... 错误！未定义书签。4系统测试 (59)

总结................................................... 错误！未定义书签。

1需求与总体设计

1.1需求分析

1．刚启动计算器时的状态：开始计算按键开始键"ON"清零：计算刚启动时，或者任何时候键入了清零键，计算器所处的状态。

2．一个操作数：输入了一个操作数时计算器所处的状态，如键入“2”后的状态，此时操作数为“2”，或者依次键入“3”、“8”后的状态，此时操作数为“38”。

3．运算结果：键入了“=”键后计算器所处的状态，如依次键入“3＋5=”之后计算器的状态。在此状态如果输入数字，输入的数字将作为第一个操作数，开始一次新的计算。

4．一个操作数和一个两元符号：输入了一个操作数和加减乘除中的一个键后计算器的状态，如依次输入“2＋”或“31×5=÷”之后计算器的状态。

5．操作数两元符操作数：输入了一个操作数、一个加减乘除符号和另一个操作数后计算器所处的状态，如依次键入“30÷4”或“3＋5=÷5”后计算器的状态。

6．操作数两元符运算结果：输入了一个操作数、一个加减乘除符号和另一个操作数后紧接着键入开方键计算器所处的状态。

7．错误：执行非法计算后所处的状态，如执行÷0计算或者对负数的开方计算后的状态。比如6/0后计算的结果是“0不能做除数”。

1.2总体设计思路

对于此计算器程序，首先要设计其GUI界面，总体界面有一个文本框，18个按钮，总体界面用BorderLayout布局。

文本框放置在最NORTH，然后0到9以及+，-，*，/的按钮放置到一个面板Panel 中，添加到整体布局的CENTER，界面设计完成。

布局设计好后再添加按钮事件。对于此程序要考虑到点击加、减、乘、除按钮时是否有点击数字按钮，如果是第一次点击数字按钮或者是点击数字按钮前点击了加、减、乘、除按钮则直接把数字按钮的数值设置到文本框中，否则则应把文本框中的内容加上你所点击按钮的数值设置到文本框中。

这是计算器中的一种：简单计算器，本项目用到了Java中的GUI界面和swing组件以及awt布局，所以简单易用，它能完成如下的几个小功能：

点击按钮中的数字键和运算符键就能进行简单的加、乘、乘、除求模四则运算。

1.3功能图

计算器

标题栏菜单栏文本框按键

标题：计算器

编辑查看帮助

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标准

型

科学

型

解一

元二

次方

程

勾股

定理

帮助

主题

关于

计算

器

文本框

1—9、

Backspace

CE、C、

1/X、sqrt

%、-/+、

+、-、*、

/、.、=

MC、MR

MS、M+

实现加减乘除四则运算百分比

开根号

进制

转换

三角

函数

对数

运算

指数

运算

阶乘

解一元二

次方程

求直角三

角形边长

进制

弧度

Sin

Cos

Tan

Log10

Ln

X^2

X^3

X^Y

1.4类图

2详细设计

2.1详细设计思路

1)流程图，如图6。

图6 流程图

2)设置窗体

窗体名称biaozhun继承JFrame类和ActionListener接口，并实现public void

actionPerformed(ActionEvent e){}方法。

3)定义菜单、菜单条、菜单项、按钮、文本框、容器，设置为private类

型。

4)定义变量double memoryd;//使用内存中存储的数字；DecimalFormat

df;//保留小数位数。

5)使用private JButton getJButton()方法添加按钮并给按钮命名，使用

setFont(new Font("楷体", Font.BOLD, 30));setForeground(new Color (250,0,0));方法设置按钮的字体和字体颜色。

6)设置数字按钮1到9并添加监控，使其在发生鼠标事件时改变按钮颜色

addMouseListener(new MouseListener(){

public void actionPerformed(MouseEvent e) {

jButton.setForeground(new Color(0,100,0));}

public void mouseClicked(MouseEvent e) {

jButton.setForeground(new Color(0,150,100));}

public void mouseEntered(MouseEvent e) {

jButton.setForeground(new Color(0,0,250));}

public void mouseExited(MouseEvent e) {

jButton.setForeground(new Color(250,0,0));}

public void mousePressed(MouseEvent e) {

jButton.setForeground(new Color(0,250,0));}

public void mouseReleased(MouseEvent e) {

jButton.setForeground(new Color(250,250,0));}});

7)开根号运算，定义jButton2 = new JButton("sqrt");对其设置监控，调用Math.sqrt()方法来实现开根号运算，并在文本框中输出结果，jButton2.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

double a=Double.parseDouble(jTextField.getText());

double b;

if(a<0){jTextField.setText("负数不能开平方");}

else{b=Math.sqrt(a);jTextField.setText(Double.toString(b));}}});

8)设置百分比按钮，jButton7 = new JButton("%");使用变量i1来存放从文本框中读出的数据并转换成double类型，定义double类型变量z1，z1=i1/100实现求百分比运算，在使用jTextField.setText(Double.toString(z1))使其在文本框中输出结果jButton7.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

double i1=Double.parseDouble(jTextField.getText());

double z1=i1/100;

jTextField.setText(Double.toString(z1)); }});

9)设置求倒数运算，jButton14 = new JButton("1/x");定义double变量c用来存放从文本框中读出的数据，设置if……else语句来判断当c==0时在文本框中输出“除数不能等于0”，否则就输出结果

jButton14.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

double c=Double.parseDouble(jTextField.getText());

double d;

if(c==0){jTextField.setText("除数不能等于0");

}else{d=1/c; jTextField.setText(Double.toString(d));}}});

10)定义相反数按钮，jButton16 = new JButton("+/-");通过使用

0-Double.parseDouble(jTextField.getText().trim());使文本框中的数据变成其相反数

jButton16.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

double i2=0-Double.parseDouble(jTextField.getText().trim());

jTextField.setText(Double.toString(i2));}});

11)等于号按钮，jButton19.setText("=");通过使用switch……case语句来控制，Operator变量在定义+、-、*、/按钮时对其赋值

jButton19.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

double datatwo;

datatwo=Double.parseDouble(str);

switch(Operator){

case'+':dataone+=datatwo;break;

case'-':dataone-=datatwo;break;

case'*':dataone*=datatwo;break;

case'/':dataone/=datatwo;break;

default:break;}

str=Double.toString(dataone);

jTextField.setText(str);}});

12)定义文本框textMemory，用来显示进行MS、M+操作时显示M用，使用textMemory.setEditable(false);方法使textMemory文本框变成不可编辑。

13)定义文本框jTextField，用来显示运算结果

jTextField.addKeyListener(new KeyAdapter() {

public void keyTyped(KeyEvent e) {

if(e.getKeyChar()>='0'&&e.getKeyChar()<='9'){

str+=e.getKeyChar();

jTextField.setText(str);

}else if(e.getKeyChar()==KeyEvent.VK_BACK_SPACE){

str=str.substring(0, str.length()-1);

jTextField.setText(str);

}else if(e.getKeyChar()==KeyEvent.VK_ESCAPE){

str="";

jTextField.setText(str);}}});

14)定义jButton20、jButton21、jButton22、jButton23分别为MC、MR、MS、

M+，并且对按钮添加监听，计算器内部有一个存贮器，假设将其称为“寄数器”。MS是将当前窗口数据写入“寄数器”，M+是将当前窗口数据与“寄数器”内的数据相加后再存入“寄数器”，MR是读出“寄数器”内的数据到窗口，MC是清除“寄数器”内的数据，使其为0。按钮实现方法在public void actionPerformed

(ActionEvent e)中实现，

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

Object temp = e.getSource();

if (temp == jButton20) {

memoryd = memoryi = 0;

textMemory.setText("ZY ");

textMemory.setFont(new Font("华文行楷", Font.BOLD, 30));}

//'MS'的操作，将当前文本框内容保存入内存，显示'M'

if (temp == jButton22) { //textMemory显示m的文本框

boolean isDot = false;

textMemory.setText(" M ");

textMemory.setFont(new Font("楷体", Font.BOLD, 30));

for (int i = 0; i < jTextField.getText().length(); i++)

if ('.' == jTextField.getText().charAt(i)) {

isDot = true;

break; }

//如果是double,则存入memoryd(double存储器)

if (isDot == true) {

memoryd = Double.parseDouble(jTextField.getText());

memoryi = 0; //保证存储器中存放最新的值}

//如果是int,则存入memoryi(int存储器)

else {

memoryi = Integer.parseInt(jTextField.getText());

memoryd = 0; //保证存储器中存放最新的值}}

//'MR'的操作，将存储器中的信息输出

if (temp == jButton21) { if (memoryd != 0)

jTextField.setText(Double.toString(memoryd));

if (memoryi != 0)

jTextField.setText(Integer.toString(memoryi)); }

//'M+'的功能，将当前文本框里的数据和存储器中数据相加后，再存入存储器if (temp == jButton23) {

textMemory.setText(" M ");

textMemory.setFont(new Font("楷体", Font.BOLD, 30));

boolean isDot = false;

for (int i = 0; i < jTextField.getText().length(); i++)

if ('.' == jTextField.getText().charAt(i)) {

isDot = true; break; }

if (memoryi != 0) { //存储中是一个int型数

if (isDot == false) //被加数是一个int型数

memoryi += Integer.parseInt(jTextField.getText());

else {

//被加数是一个double型数，则将int存储器中数传入double存储器与当前数相加，int 存储器清零

memoryd = memoryi + Double.parseDouble(jTextField.getText());

memoryi = 0; } }

else

memoryd += Double.parseDouble(jTextField.getText()); }

15)设置退格按钮backspace，为jButton24添加监控ActionListener，通过引用全局变量str，str为string类型的变量

jButton24.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

if(str.length()!=0){ str=str.substring(0, str.length()-1);

jTextField.setText(str);}}});

16)设置清空按钮C，添加监控，在单击C时通过改变全局变量str的值来实现功能，单击时就将str的值赋为空，文本框jTextField通过调用setText将

str的值输出。

jButton26.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

str=""; jTextField.setText(str);}});

17)添加菜单条jJMenuBar，在jJMenuBar中通过add来添加获取菜单的方

法

getJMenu，以此将菜单添加到菜单条中。菜单分别为编辑、查看、帮助。这三个菜单分别在其对应的getJMenu()方法中定义，编辑菜单下定义了菜单项复制和黏贴，查看菜单下定义了标准型、科学型、勾股定理、解一元二次方程四个菜单项，标准型通过jMenuItem4.addActionListener(new ActionListener() { public void actionPerformed(ActionEvent e) {

df=new DecimalFormat("#.###############");//保留15位小数

biaozhun.this.setBounds(400, 200, 600, 590);

biaozhun.this.setJMenuBar(getJJMenuBar());

biaozhun.this.setContentPane(getJContentPane1());//将jContentPane1面板添加到jFrame 框架上

biaozhun.this.setTitle("计算器");

Image image=biaozhun.this.getToolkit().getImage("计算器图标.jpg");

biaozhun.this.setIconImage(image);

biaozhun.this.setVisible(true);

jTextField.addActionListener(this);}});方法来实现窗体之间切换。

setBounds()方法实现窗体的显示位置和窗体大小，setVisible()将其设置为true使其变为可见。使用相同的方法实现窗体之间相互切换，其中标准型和科学型在同一个窗体中，通过改变窗体大小和窗体添加控件来实现标准型和科学型两种计算器所需要的按钮。勾股定理、解一元二次方程通过改变setVisible()的值为true和false来实现窗体切换。帮助菜单下添加帮助主题和关于计算器选项，当单击帮助主题时就打开系统中关于计算器的帮助文件，单击关于计算器时就会打开一个窗体显示关于计算器的内容，当单击确定按钮时就会关闭关于计算器窗体。

18)定义JPanel类型的变量jPanel、jContentPane，在容器jPanel中添加标准计算器的右下角的按钮，jContentPane中添加退格、清除、MS、MR、MC、M+按钮，jPanel在方法getJPanel()中，jContentPane在方法getJContentPane()中，窗体通过this.setJMenuBar(getJJMenuBar());this.setContentPane (getJContentPane());将控件添加到窗体中。

19)定义进制转换按钮，jButton31、jButton34、jButton37、jButton40分

别为十六进制、十进制、八进制、二进制，通过调用Integer.toHexString(n)十六进制、Integer.toOctalString(n)八进制、Integer.toBinaryString(n)

二进制来实现进制之间的相互转换。

20)定义三角函数sin、cos、tan但是在使用需要先调用弧度按钮，将相应的角度转换成弧度以后在使用三角函数对应的按钮才可以实现求三角函数的值。求弧度方法在定义弧度按钮时实现，string.valueOf(i/180*Math.PI)求对应的弧度sin、cos、tan使用math中的方法。

21)定义阶乘按钮jButton42，实现求阶乘方法，

jButton42.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

double i=Double.parseDouble(jTextField.getText());

if((i%2==0)||(i%2==1)){//判断为整数进行阶乘操作

int j=(int)i;//强制类型转换

int result=1; for(int k=1;k<=j;k++) result *=k;

jTextField.setText(String.valueOf(result));}}});

22)定义pi按钮，直接调用Math.PI，通过jTextField.setText(String.valueOf

(Math.PI));在窗体中显示pi值。

23)定义log10按钮，用来求log以10为底的对数值，当对数值i大于0时就调用Math.log10(i)来输出结果，当i小于0时就在文本框中显示负数不能求对数!。

jButton45.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

double i=Double.parseDouble(jTextField.getText());

if(i>0){ jTextField.setText(String.valueOf(df.format(Math.log10(i))));

}else{ jTextField.setText("负数不能求对数!");}}});

24)定义ln按钮，方法调用Math.log1p(i)，当对数值i大于0时就调用Math.ln(i)来输出结果，当i小于0时就在文本框中显示负数不能求对数!。jButton44.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

double i=Double.parseDouble(jTextField.getText());

if(i>0){ jTextField.setText(String.valueOf(df.format(Math.ln(i))));

}else{jTextField.setText("负数不能求对数!");}}});

25)将科学计算器按钮添加到jPanel1中，通过getJPanel1()方法返回jPanel1，再定义jContentPane1，将jPanel1、按钮、文本框添加到jContentPane1中，通过调用getJContentPane1()返回jContentPane1，窗体通过调用this.set

ContentPane(getJContentPane1());在窗体中显示出相对应的按钮。

26)书写主函数

biaozhun thisClass = new biaozhun();

thisClass.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//关闭窗口

thisClass.setVisible(true);

27)在定义三个窗体gougudingli、guanyujisuanqi2、一元二次方程用来在

调用时使用。

28)设置标题栏的图标

Image image=biaozhun.this.getToolkit().getImage("计算器图标.jpg")；

biaozhun.this.setIconImage(image)；

使用getImage()方法返回此图标的image并赋给image，通过this来调用setIconImage(imager)方法来改变窗体标题栏上的图标

2.2类图设计说明和细化

java应用程序由许多类所构成，类图的设计与实现，是Java实现面向对象应用程序的核心。本文通过一个具体的应用程序的设计与实现过程，具体说明了利用UML类图设计Java应用程序，使得开发过程标准化、可视化，代码编程简单化。

顶层为类名，一般用加粗字体表示。假如类是抽象的，其名称用斜体表示；假如类是接口，则在类名上方标注<>。中间层包含类的属性（或变量），底层包含类的方法。与类名相似，假如方法是抽象的，那么它的名称也用斜体表示。我们要设计的应用程序CDrawApp应用程序在基于字符的网格上画点、框和文本串，该应用程序涉及到Java面向对象的许多概念与应用方法，非常系统、全面，在您仔细研读后，定能迅速把握UML类图，并将其应用到实际的Java应用程序开发过程中。为减少代码长度，让程序简单易懂，这里使用Java控制台窗口显示程序运行结果。该程序总共由10个大类组成，以下分别介绍。一、Point类在CDrawApp 程序中定义的第一个类是Point类，该类用于通过x和y坐标在网格上标识一点。

在该类中，有2个成员变量x和y,类图中，“-”表示变量或方法为PRivate，“+”表示public，“#”则表示protected。该类定义了三个不同的构造函数，这是重载（overload）的例子。接着该类设计了7个访问方法。getX()和getY()方法分别返回一点的x和y坐标。SetX()和setY()方法根据参数xValue和yValue的值设置这些坐标的值。两个add()方法通过被访问点的坐标加上一个值来建立一个新的Point对象。New运算符建立类的新实例。它后面紧跟着初始化新生成实例的构造函数。toString() 方法返回类String的一个对象，该对象用一个有序对来描述一个点。

3编码实现

源代码

import javax.swing.*;

import java.awt.*;

import java.awt.event.*;

import java.text.DecimalFormat;

import java.awt.Font;

import java.awt.GridLayout;

import java.awt.Image;

import java.awt.event.ActionEvent;

import java.awt.event.ActionListener;

public class biaozhun extends JFrame implements ActionListener { public static void main(String[] args) {//主方法

biaozhun thisClass = new biaozhun();

thisClass.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//实现关闭窗口

thisClass.setVisible(true);

}

private static final long serialVersionUID = 1L;

private JPanel jContentPane = null;

private JPanel jPanel = null;

private JButton jButton = null;

private JButton jButton1 = null;

private JButton jButton2 = null;

private JButton jButton3 = null;

private JButton jButton4 = null;

private JButton jButton5 = null;

private JButton jButton6 = null;

private JButton jButton7 = null;

private JButton jButton8 = null;

private JButton jButton9 = null;

private JButton jButton10 = null;

private JButton jButton11 = null;