Day3 Java 学习笔记：运算符与简易计算器

一、今日学习目标

本次学习内容主要围绕 Java 运算符展开，并完成一个简易计算器程序。

学习任务：

• 学习 Java 常见运算符

• 理解算术运算符、赋值运算符、比较运算符、逻辑运算符

• 手写一个支持加、减、乘、除、取余的计算器

• 掌握 switch 分支判断

• 掌握 do while 输入校验

• 理解 int / int 的整数除法问题

• 处理除数为 0 的情况

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二、运算符基础

1. 算术运算符

算术运算符主要用于数学计算。

运算符	含义	示例
+	加法	10 + 3
-	减法	10 - 3
*	乘法	10 * 3
/	除法	10 / 3
%	取余	10 % 3

示例：

int a = 10;
int b = 3;
​
System.out.println(a + b); // 13
System.out.println(a - b); // 7
System.out.println(a * b); // 30
System.out.println(a / b); // 3
System.out.println(a % b); // 1

注意：

10 / 3

结果是：

3

不是：

3.3333

原因是：10 和 3 都是整数，整数除以整数，结果还是整数，小数部分会被舍掉。

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2. 赋值运算符

赋值运算符用于给变量赋值。

最基础的是：

int num = 10;

这里的 = 不是数学里的等于，而是赋值。

意思是：把右边的 10 放进左边的变量 num 里面。

常见赋值运算符：

运算符	示例	等价写法
=	num = 10	把 10 赋值给 num
+=	num += 5	num = num + 5
-=	num -= 3	num = num - 3
*=	num *= 2	num = num * 2
/=	num /= 4	num = num / 4
%=	num %= 3	num = num % 3

示例：

int num = 10;
​
num += 5;   // num = 15
num *= 2;   // num = 30
num -= 8;   // num = 22
​
System.out.println(num); // 22

计算过程：

num = 10
num += 5   -> 15
num *= 2   -> 30
num -= 8   -> 22

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3. 比较运算符

比较运算符用于比较两个值。

比较运算符的结果只有两个：

true
false

常见比较运算符：

运算符	含义
>	大于
<	小于
>=	大于等于
<=	小于等于
==	判断是否相等
!=	判断是否不相等

示例：

int age = 18;

System.out.println(age >= 18); // true
System.out.println(age < 18);  // false
System.out.println(age == 18); // true
System.out.println(age != 18); // false

重点区别：

a = b;

这是赋值。

a == b;

这是判断是否相等。

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4. 逻辑运算符

逻辑运算符用于连接多个条件。

运算符	含义	说明
&&	并且	两边都为 true，结果才是 true
||	或者	只要有一边是 true，结果就是 true
!	取反	true 变 false，false 变 true

示例：

int age = 20;
boolean hasTicket = false;

System.out.println(age >= 18 && hasTicket); // false
System.out.println(age >= 18 || hasTicket); // true
System.out.println(!hasTicket);             // true

解释：

age >= 18 && hasTicket

年龄满足，但是没有票，所以结果是 false。

age >= 18 || hasTicket

年龄满足，虽然没有票，但是 || 只要一个条件成立，结果就是 true。

!hasTicket

hasTicket 是 false，取反后就是 true。

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三、本次计算器程序学习点

1. 使用 Scanner 接收用户输入

代码：

Scanner sc = new Scanner(System.in);

作用：创建一个键盘输入对象。

接收整数：

int a = sc.nextInt();

接收字符串：

String input = sc.next();

接收字符串中的第一个字符：

char op = input.charAt(0);

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2. 为什么运算符用 char 类型？

因为本次计算器只需要接收一个运算符，例如：

+
-
*
/
%

这些都是单个字符，所以可以用：

char op;

但是局部变量在使用前必须初始化，所以写成：

char op = ' ';

这里的 ' ' 表示先给变量一个空字符作为占位。

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3. 使用 do while 校验运算符

本次代码中使用了：

do {
    // 输入和判断
} while (!isValidOp);

意思是：

先执行一次输入，然后判断输入是否合法。

如果输入不合法，就继续循环。

本次判断规则：

if (op == '+' || op == '-' || op == '*' || op == '/' || op == '%') {
    isValidOp = true;
}

意思是：只有输入 + - * / % 中的一个，才算合法。

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4. 为什么要判断 input.length() == 1？

用户有可能输入：

++
abc
加号

这些都不是一个字符。

所以要先判断：

if (input.length() == 1) {
    op = input.charAt(0);
}

只有用户输入的是一个字符，才继续判断这个字符是不是合法运算符。

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5. 使用 switch 根据运算符执行不同计算

本次代码使用：

switch (op) {
    case '+':
        result = a + b;
        break;
    case '-':
        result = a - b;
        break;
}

意思是：

根据用户输入的运算符，执行对应的计算逻辑。

例如用户输入 +，就执行加法。

用户输入 *，就执行乘法。

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6. 除数不能为 0

除法中，第二个数字不能为 0。

错误示例：

10 / 0

所以代码中要判断：

if (b != 0) {
    result = (double) a / b;
} else {
    System.out.println("错误：除数不能为0！");
    isOk = false;
}

取余 % 也不能对 0 取余，所以也需要判断：

if (b != 0) {
    result = a % b;
} else {
    System.out.println("错误：除数不能为0！");
    isOk = false;
}

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四、本次重点坑点总结

1. int / int 会丢小数

本次最重要的坑：

int a = 10;
int b = 4;

double result = a / b;

结果是：

2.0

不是：

2.5

原因：

a / b

会先按照整数除法计算，得到 2，再赋值给 double，所以最后是 2.0。

正确写法：

double result = (double) a / b;

这样会先把 a 转成 double，再参与除法计算，结果就是：

2.5

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2. 局部变量使用前必须初始化

错误示例：

char op;

如果后续编译器无法确认 op 一定会被赋值，就可能报错。

本次使用：

char op = ' ';

先给一个空字符占位，避免未初始化问题。

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3. default 分支也要处理错误状态

虽然前面已经校验过运算符，正常不会进入 default，但是代码要写严谨。

建议写法：

default:
    System.out.println("输入的运算符有误！");
    isOk = false;
    break;

这样即使出现意外情况，也不会错误输出结果。

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4. 用 isOk 控制是否输出结果

本次使用：

boolean isOk = true;

如果计算过程中出现错误，例如除数为 0：

isOk = false;

最后输出结果前判断：

if (isOk) {
    System.out.println("计算结果是：" + result);
}

这样可以避免程序在出错后继续输出错误结果。

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五、本次程序执行流程

整体流程：

1. 创建 Scanner 输入对象
2. 输入第一个数字 a
3. 输入运算符 op
4. 校验 op 是否为 + - * / % 中的一个
5. 如果不合法，继续重新输入
6. 输入第二个数字 b
7. 输出用户输入的表达式
8. 使用 switch 判断运算符
9. 执行对应的加、减、乘、除、取余
10. 如果是除法或取余，判断 b 是否为 0
11. 如果没有错误，输出计算结果
12. 关闭 Scanner

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六、测试用例

1. 加法测试

输入：

10
+
5

预期结果：

计算结果是：15.0

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2. 减法测试

输入：

10
-
3

预期结果：

计算结果是：7.0

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3. 乘法测试

输入：

10
*
3

预期结果：

计算结果是：30.0

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4. 除法测试

输入：

10
/
4

预期结果：

计算结果是：2.5

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5. 取余测试

输入：

10
%
3

预期结果：

计算结果是：1.0

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6. 除数为 0 测试

输入：

10
/
0

预期结果：

错误：除数不能为0！
计算结束...

不会输出计算结果。

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7. 错误运算符测试

输入：

10
++

预期结果：

错误：只能输入一个字符，请重新输入！

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七、今日掌握情况

本次已经完成：

• 会使用算术运算符：+ - * / %

• 会使用赋值运算符：= += -= *= /= %=

• 会使用比较运算符：> < >= <= == !=

• 会使用逻辑运算符：&& || !

• 会用 Scanner 接收键盘输入

• 会用 do while 做输入校验

• 会用 switch 根据不同运算符执行不同逻辑

• 会判断除数不能为 0

• 理解了 int / int 丢小数的问题

• 会使用 (double) 强制类型转换解决整数除法问题

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八、后续可升级方向

后续可以继续升级这个计算器：

• 支持小数输入，把 int 改为 double

• 支持连续计算

• 支持输入错误数字时重新输入

• 支持退出程序

• 支持更多运算，例如平方、开方

• 使用方法封装，把每种计算写成单独的方法

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九、最终源码

文件名：

CalculatorDemo.java

最终代码：

import java.util.Scanner;
​
public class CalculatorDemo {
    public static void main(String[] args) {
​
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入第一个数字：");
        int a = sc.nextInt();
​
//        System.out.println("请输入运算符（+ - * /）：");
//        char op = sc.next().charAt(0);
        //   假设只允许输入一个计算符|  Java 编译器要求局部变量在使用前必须被初始化，虽然 do-while 循环一定会给 op 赋值，但编译器无法静态分析出这一点
        char op=' ';
        boolean isValidOp = false;
​
        do {
            System.out.println("请输入运算符（+ - * / %）：");
            String input = sc.next();
            if (input.length() == 1) {
                op = input.charAt(0);
                if (op == '+' || op == '-' || op == '*' || op == '/' || op == '%') {
                    isValidOp = true;
                } else {
                    System.out.println("错误：运算符只能是 + - * / % 中的一个，请重新输入！");
                }
            } else {
                System.out.println("错误：只能输入一个字符，请重新输入！");
            }
        } while (!isValidOp);
​
        System.out.println("请输入第二个数字：");
        int b = sc.nextInt();
​
        System.out.println("输入的数字是：" + a + " " + op + " " + b);
        double result = 0;
        boolean isOk = true;
        System.out.println("开始计算...");
        switch (op) {
            case '+':
                result = a + b;
                break;
            case '-':
                result = a - b;
                break;
            case '*':
                result = a * b;
                break;
            case '/':
                if (b != 0) {
                    result = (double) a / b;
                } else {
                    System.out.println("错误：除数不能为0！");
                    isOk = false;
                }
                break;
            case '%':
                if (b != 0) {
                    result = a % b;
                } else {
                    System.out.println("错误：除数不能为0！");
                    isOk = false;
                }
                break;
            default:
                System.out.println("输入的运算符有误！");
                isOk = false;
                break;
        }
​
        System.out.println("计算结束...");
        if (isOk) {
            System.out.println("计算结果是：" + result);
        }
        sc.close();
​
    }
​
}