Java GUI 환경에서 작동하는 계산기

프로젝트의 목적

ㆍ GUI 환경에서 작동하는 프로그램의 이해력을 높인다.

ㆍ 윈도우 프로그램의 구현 방법을 터득한다.

ㆍ 스택 자료구조를 이용하여 우선순위 연산을 구현한다. 

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프로젝트의 내용

ㆍ 사칙연산이 가능한 계산기를 구현한다.

ㆍ 계산기의 추가적인 기능을 구현한다.

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프로젝트의 기능

ㆍ 사칙연산의 기능

ㆍ 추가적인 연산(제곱, 루트, 나머지 등)의 기능

ㆍ 우선순위 연산의 기능

ㆍ 수식 지우기 기능

ㆍ 실수형 수식의 표현 기능

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윈도우의 설계

Frame의 구현

JFrame frame = new JFrame("★Calculator★"); 
frame.setPreferredSize(new Dimension(450, 500)); 
frame.setLocation(250, 250); 
Container contentPane = frame.getContentPane();

ㆍ TitleBar에 들어갈 문구 및 Frame의 사이즈를 설정하였다.
ㆍ Frame이 시작될 위치를 설정하고 종료 버튼을 만들었다.

 

TextField의 구현

String result = "0";
JTextField text = new JTextField();
text.setFont(new Font("Helvetica", Font.ITALIC, 30));
text.setHorizontalAlignment(SwingConstants.RIGHT);
text.setFocusable(false);
text.setText(result);
text.setOpaque(true);
text.setBackground(Color.WHITE);

ㆍ TextField에 나타나는 폰트, 폰트의 크기, 배경 색상을 설정하였다.
ㆍ TextField의 프롬프트를 오른쪽으로 설정하였다.
ㆍ TextField는 계산의 수식을 입력받도록 사용된다.

 

Label의 구현

JLabel label = new JLabel(" ");
label.setPreferredSize(new Dimension(600, 80));
label.setFont(new Font("Helvetica", Font.ITALIC, 30));
label.setHorizontalAlignment(SwingConstants.RIGHT);
label.setOpaque(true);
label.setBackground(Color.WHITE);

ㆍ수식의 과정이 출력될 Label을 빈 Label으로 생성한다.
ㆍTextField와 마찬가지로 폰트, 폰트의 크기, 배경 색상을 설정하였다.

 

Panel의 구현

JPanel panel = new JPanel();
panel.setBackground(Color.WHITE);
panel.setPreferredSize(new Dimension(600, 300));
panel.setLayout(new GridLayout(6, 4, 2, 2));
panel.setFocusable(true);

ㆍ Panel은 버튼 구성의 기초가 된다.
ㆍ 버튼의 수를 고려하여 행이 6, 열이 4인 Panel을 구성한다.
ㆍ 다른 컴포넌트와 마찬가지로 폰트, 폰트의 크기, 배경 색상을 설정하였다.

 

Button의 구현

String operations[] = { "AC", "(", ")", "%", "1/x", "^2", "√", "/", "7", "8", "9", "*", "4", "5", "6", "-", "1",
		"2", "3", "+", ".", "0", "←", "=" };
String number[] = { "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9" };
JButton buttonArray[] = new JButton[operations.length];
ActionListener listener = new ButtonActionListener(buttonArray, text, label, "0", number);
for (int i = 0; i < operations.length; i++) {

	buttonArray[i] = new JButton(operations[i]);
	buttonArray[i].setFont(new Font("Helvetica", Font.ITALIC, 30));
	buttonArray[i].addActionListener(listener);
	buttonArray[i].setPreferredSize(new Dimension(100, 30));
	buttonArray[i].setFocusable(false);
	if (i == 0)
		buttonArray[i].setForeground(Color.RED);
	else if (i == 1 | i == 2 | i == 3 | i == 4 | i == 5 | i == 6 | i == 7 | i == 11 | i == 15 | i == 19)
		buttonArray[i].setForeground(Color.BLUE);

	buttonArray[i].setOpaque(true);
	buttonArray[i].setBackground(Color.WHITE);
	panel.add(buttonArray[i]);
}

ㆍ String 타입의 배열로 버튼의 동작을 구체화하였다.
ㆍ 버튼들의 폰트, 폰트의 사이즈를 설정하였다.
ㆍ for 문을 이용하여 각각의 버튼이 동작하게 될 ActionListener에 추가하였다.
ㆍ 버튼의 기능 구별을 위해 각각의 기능 별로 색상을 달리 설정하였다.

 

Component의 위치 설정

contentPane.add(text, BorderLayout.CENTER);
contentPane.add(label, BorderLayout.NORTH);
contentPane.add(panel, BorderLayout.SOUTH);

ㆍ Frame에 미리 선언된 ContentPane을 이용하여 각각의 Component의 위치를 설정한다.

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우선순위 연산의 구현

infix 수식을 postfix 수식으로 변환

int isp[] = { 0, 19, 12, 12, 13, 13, 13, 0 };
int icp[] = { 20, 19, 12, 12, 13, 13, 13, 0 };

enum precedence {
	lparen, rparen, plus, minus, times, divide, mod, eos, operand
};

ㆍ 괄호 연산자를 처리하기 위해 int형 배열인 isp와 icp를 선언하였다.
ㆍ isp와 icp배열의 인덱스는 연산자 우선순위 값으로 미리 설정해 두었다.

 

String postfix(String infix) {
	Stack<precedence> stack = new Stack<>();
	boolean operandCheck = false;

	String postfix = "";
	char symbol;
	precedence token;
	stack.push(precedence.eos);
	for (int i = 0; i < infix.length(); i++) {
		symbol = infix.charAt(i);
		token = get_token(symbol);
		if (token == precedence.operand) {
			operandCheck = true;
			postfix += symbol;
		} else if (token == precedence.rparen) {
			if (operandCheck == true) {
				postfix += " ";
				operandCheck = false;
			}
			while (stack.peek() != precedence.lparen) {
				symbol = get_symbol(stack.pop());
				postfix += symbol;
				postfix += " ";
			}
			stack.pop();
		} else {
			if (operandCheck == true) {
				postfix += " ";
				operandCheck = false;
			}
			while (isp[stack.peek().ordinal()] >= icp[token.ordinal()]) {
				symbol = get_symbol(stack.pop());
				postfix += symbol;
				postfix += " ";
			}
			stack.push(token);
		}
	}
	postfix = postfix.trim();
	postfix += " ";
	while (!stack.empty()) {
		symbol = get_symbol(stack.pop());
		postfix += symbol;
		postfix += " ";
	}
	postfix = postfix.trim();
	return postfix;
}

ㆍ 스택 자료구조를 이용하여 infix 수식을 postfix로 변환하였다.
ㆍ 우선순위(top) < 우선순위(incoming) : 입력 연산자를 스택에 저장
ㆍ 우선순위(top) > 우선순위(incoming) : 스택 top에 있는 연산자를 출력
ㆍ 우선순위(top) = 우선순위(incoming) : 결합성에 따라 처리

 

postfix 수식의 계산

precedence get_token(char symbol) {
	switch (symbol) {
	case '(':
		return precedence.lparen;
	case ')':
		return precedence.rparen;
	case '+':
		return precedence.plus;
	case '-':
		return precedence.minus;
	case '/':
		return precedence.divide;
	case '*':
		return precedence.times;
	case '%':
		return precedence.mod;
	case ' ':
		return precedence.eos;
	default:
		return precedence.operand;
	}
}

ㆍ 버튼에 따른 우선순위를 설정한다.

 

double eval(String postfix) {
	double op1, op2;
	double operand;
	String[] ParsedSpace = postfix.split(" ");
	for (int i = 0; i < ParsedSpace.length; i++) {
		try {
			operand = Double.parseDouble(ParsedSpace[i]);
			stack.push(operand);
		} catch (NumberFormatException e) {
			op2 = stack.pop();
			op1 = stack.pop();
			switch (ParsedSpace[i]) {
			case "+":
				stack.push(op1 + op2);
				break;
			case "-":
				stack.push(op1 - op2);
				break;
			case "*":
				stack.push(op1 * op2);
				break;
			case "/":
				stack.push(op1 / op2);
				break;
			case "%":
				stack.push(op1 % op2);
				break;
			}
		}
	}
	return stack.pop();
}

ㆍ 바뀐 postfix 수식을 이용하여 계산을 한다.
ㆍ 피연산자는 스택에 저장되며, 연산자는 스택에서 피연산자를 pop 하며 결과를 push 한다.

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ButtonActionListener의 구현

‘AC’ 버튼의 구현

if (e.getSource().equals(buttonArray[0])) {
	inputString = "0";
	labelString = "";
	text.setText(inputString);
	label.setText(" ");
	dot = false;
	operand = false;
	function = false;
	rparen = false;
	lparenCount = 0;
}

ㆍ 현재 계산기의 상태를 초기화하는 역할을 한다.
ㆍ TextField에 초기 설정인 ‘0’이 출력되도록 하며, Label 또한 초기 상태로 되돌린다.
ㆍ 오류 처리를 위한 변수(dot, operand, function, rparen) 또한 초기 값인 false로 설정한다.

 

‘(’ 버튼의 구현

if (e.getSource().equals(buttonArray[1])) {
	if (rparen == false) {
		if (operand == true) {
			operand = false;
			inputString = "0";
			text.setText(inputString);
		}

		labelString = label.getText() + "(";
		label.setText(labelString);
		lparenCount++;
		dot = false;
		rparen = false;
	}
}

ㆍ 사용자의 재량에 따라 우선순위 연산을 수행하는 연산자이다.
ㆍ TextField에 출력된 수식에 ‘(’을 추가하여 Label창에 올려진다.
ㆍ rparen( ‘)’ )과의 수를 맞추기 위해 설정한 변수인 lparenCount 변수의 값을 1 증가시킨다.

 

')’ 버튼의 구현

if (e.getSource().equals(buttonArray[2])) {
	if (lparenCount > 0) {
		if (rparen == false) {
			labelString += text.getText() + ")";
		} else {
			labelString += ")";
		}
		lparenCount--;a
		label.setText(labelString);
		operand = false;
		rparen = true;
	}
}

ㆍ 우선순위를 설정할 때 ‘(’ 연산자와 같이 사용되는 연산자이다.
ㆍ ‘(’와의 수를 맞추기 위해 앞서 언급한 lparenCount 변수 값을 1 감소시킨다.

 

연산 버튼(+, -, /, *, %)의 구현

if (e.getSource().equals(buttonArray[19])) {
	if (rparen == true) {
		labelString += "+";
		label.setText(labelString);
		inputString = "0";
		text.setText(inputString);
		rparen = false;
		dot = false;
		operand = true;
	} else {
		if (operand == false) {
			labelString += text.getText() + "+";
			operand = true;
			label.setText(labelString);
			inputString = "0";
			dot = false;
			function = false;
		} else {
			labelString = label.getText();
			labelString = labelString.substring(0, labelString.length() - 1);
			labelString += "+";
			label.setText(labelString);
		}
	}
}

ㆍ 연산을 수행하는 버튼들의 구현 방식은 똑같기 때문에 한 가지 예로 ‘+’를 들겠다.
ㆍ ‘+’ 버튼은 TextField의 수식과 연산자 기호를 label에 추가한다.
ㆍ 연속적인 연산자의 입력을 방지하기 위해 미리 설정해둔 변수인 operand 값을 true로 설정하였다. operand 변수 값이 true이면 이전에 입력한 연산자가 새로 입력한 연산자로 대체되는 기능을 하도록 신호를 주는 역할을 한다.

 

연산 버튼(1/X, ^2, √)의 구현

if (e.getSource().equals(buttonArray[5])) {
	double result = Math.pow(Double.parseDouble(text.getText()), 2);
	if (result == (long) result)
		inputString = "" + (long) result;
	else
		inputString = "" + result;
	text.setText(inputString);
	function = true;
}

ㆍ 연산 버튼(1/X, ^2, √) 중 ‘^2’을 한 가지 예시로 설명을 하겠다.
ㆍ TextField의 수식을 wrapper class의 parseDouble( ) 메서드를 이용하여 double형으로 변환을 한 후 해당 연산을 수행한다.
ㆍ 그 결과 값을 TextField에 출력을 하며, 이때 정수로 값을 표현할 수 있으면 long형으로 형 변환을 한 후 출력을 시킨다.

 

‘.’ 버튼의 구현

if (e.getSource().equals(buttonArray[20])) {
	if (function == true) {
		inputString = "0";
		text.setText(inputString);
		function = false;
	}
	if (dot == false) {
		setInputString(".");
		text.setText(inputString);
		dot = true;
	}
}

ㆍ TextField 수식에 ‘.’ 문자를 추가하여 출력한다.
ㆍ 소수점 수를 조정하기 위해 미리 설정한 변수인 dot 변수의 값을 true로 설정한다.

 

‘←’ 버튼의 구현

if (e.getSource().equals(buttonArray[22])) {
	if (inputString.length() > 0 && operand == false && function == false && !inputString.equals("0")) {

		if (inputString.charAt(inputString.length() - 1) == '.')
			dot = false;

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

		if (inputString.length() == 0)
			inputString = "0";

		text.setText(inputString);
	}
}

ㆍ ‘←’ 버튼이 실행되었을 때 TextField에 출력되어 있는 수식을 오른쪽부터 하나씩 없애는 기능이다.
ㆍ 이때 ‘←’ 버튼이 실행하게 될 여러 가지 조건을 설정하였다. 첫 번째로 TextField에 출력된 문자가 1개 이상이어야 하고, 두 번째로 앞서 설명한 operand, function 변수의 값이 모두 false이어야 하며, 마지막으로 TextField의 초기 값인 ‘0’이 아니어야 한다. 이로써, ‘←’ 버튼이 가질 수 있는 오류들을 처리하였다.
ㆍ 또한 TextField에 출력되는 수식이 단 하나만 있을 경우 ‘←’ 버튼을 눌렀을 때 초기값인 ‘0’으로 설정해놓는 코드 또한 작성을 하였다.

 

‘=’ 버튼의 구현

if (e.getSource().equals(buttonArray[23])) {
	if (lparenCount > 0)
		for (; lparenCount > 0;) {
			if (rparen == false) {
				labelString += text.getText() + ")";
			} else {
				labelString += ")";
			}
			lparenCount--;
			label.setText(labelString);
			operand = false;
			rparen = true;
		}
	if (rparen == true) {
		labelString += "=";
		label.setText(labelString);
	} else {
		labelString += text.getText() + "=";
		label.setText(labelString);
	}
	infix = labelString.substring(0, labelString.length() - 1).trim();
	ppostfix = postfix(infix);

	double result = eval(ppostfix);
	if (result == (long) result)
		text.setText("" + (long) result);
	else
		text.setText("" + result);

	/** initialize all variable */
	dot = false;
	operand = false;
	function = false;
	rparen = false;
	labelString = "";
	inputString = "0";
}

ㆍ ‘=’ 버튼을 눌렀을 때 Label의 출력된 수식을 초기화하고 TextField에 연산의 결과를 출력하는 기능을 구현하였다.
ㆍ ‘=’ 버튼을 눌렀을 때 ‘)’ 연산자의 수를 ‘(’ 연산자의 수와 맞춰 주기 위해 조건문을 추가하였다.
ㆍ 이때, ‘=’ 버튼을 눌렀을 경우 연산 과정에서 설정된 모든 변수의 값을 초기화하였다.

 

숫자 버튼(0~9)의 구현

for (Integer i = 0; i < 10; i++) {
	if (e.getActionCommand().equals(number[i])) {
		if (function == true) {
			inputString = "0";
			text.setText(inputString);
			function = false;
		}
		operand = false;
		if (text.getText().equals("0"))
			if (i == 0)
				return;
		setInputString(i.toString());
		text.setText(inputString);
	}
}

ㆍ 계산기의 숫자 버튼(0~9)을 누르면 TextField에 출력이 되도록 설정한 코드이다.
ㆍ 이때 숫자는 수식의 연산을 String으로 처리하기 때문에 toString( ) 메서드를 이용하여 String으로 형 변환을 한 후 TextField에 올려진다.

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InputKeyListener의 구현

class InputKeyListener implements KeyListener {

	JButton buttonArray[];

	InputKeyListener(JButton buttonArray[]) {
		this.buttonArray = buttonArray;
	}

	public void keyPressed(KeyEvent e) {

		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			if (e.getKeyChar() == Integer.toString(i).charAt(0)) {
				if (i == 0)
					buttonArray[21].doClick();
				if (i == 1)
					buttonArray[16].doClick();
				if (i == 2)
					buttonArray[17].doClick();
				if (i == 3)
					buttonArray[18].doClick();
				if (i == 4)
					buttonArray[12].doClick();
				if (i == 5)
					buttonArray[13].doClick();
				if (i == 6)
					buttonArray[14].doClick();
				if (i == 7)
					buttonArray[8].doClick();
				if (i == 8)
					buttonArray[9].doClick();
				if (i == 9)
					buttonArray[10].doClick();
			}
		}
		if (e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_ESCAPE)
			buttonArray[0].doClick();

		if (e.getKeyChar() == '(')
			buttonArray[1].doClick();

		if (e.getKeyChar() == ')')
			buttonArray[2].doClick();

		if (e.getKeyChar() == '%')
			buttonArray[3].doClick();

		if (e.getKeyChar() == '/')
			buttonArray[7].doClick();

		if (e.getKeyChar() == '*')
			buttonArray[11].doClick();

		if (e.getKeyChar() == '-')
			buttonArray[15].doClick();

		if (e.getKeyChar() == '+')
			buttonArray[19].doClick();

		if (e.getKeyChar() == '.')
			buttonArray[20].doClick();

		if (e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_BACK_SPACE)
			buttonArray[22].doClick();

		if (e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_ENTER)
			buttonArray[23].doClick();
	}

	public void keyTyped(KeyEvent e) {

	}

	public void keyReleased(KeyEvent e) {

	}

}

ㆍ InputKeyListener를 통하여 키보드와 계산기 프로그램의 버튼의 호환성을 지원하였다.
ㆍ 예를 들어, 키보드 자판의 0을 누르면 buttonArray의 21번째의 인덱스가 작동하도록 설정하였다.

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최종 테스트 및 동작 확인

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GitHub - qlsdud0604/calculator: 자바 GUI 환경에서 작동하는 계산기