Java Swing 計算器完整實作：標準型 GUI 程式設計教學

專案簡介

本專案使用 Java Swing 實作一款標準型計算器，支援四則運算、百分比、開根號、倒數、正負號切換、記憶體功能 (MC/MR/MS/M+)、退位/清除、複製貼上、說明系統。代碼採用單類實作 ActionListener，邏輯集中在 actionPerformed，適合初學者理解事件驅動 GUI 程式設計。

核心類別結構

public class Calculator implements ActionListener {
    // UI 元件
    JFrame frame; JTextField textAnswer, textMemory;
    JPanel panel, panel1, panel2, panel3;
    JMenuBar mainMenu; JMenu editMenu, viewMenu, helpMenu;
    JButton[] button = new JButton[10];  // 0-9 數字鍵
    JButton buttonAdd, buttonSub, buttonMul, buttonDiv, buttonMod;
    JButton buttonSqrt, buttonDao, buttonEqual, buttonDot, buttonAddAndSub;
    JButton buttonMC, buttonMR, buttonMS, buttonMAdd;
    JButton buttonBk, buttonCe, buttonC;
    
    // 狀態變數
    DecimalFormat df = new DecimalFormat("0.##############");
    boolean clickable = true;      // 防止連續運算符輸入
    double memoryd = 0, memoryi = 0; // 記憶體雙槽 (double/int)
    double vard = 0, answerd = 0;    // 運算中間值、結果值
    short key = -1, prekey = -1;     // 當前/上一運算符編碼
    String copy = "";                // 剪貼板
}

介面佈局架構

frame (BorderLayout)
├─ NORTH: JMenuBar (編輯/查看/幫助)
├─ CENTER: textAnswer (顯示區)
└─ SOUTH: panel1 (BorderLayout)
    ├─ NORTH: panel2 (FlowLayout RIGHT) → textMemory + buttonBk/CE/C
    └─ CENTER: panel3 (GridLayout 4x6) → 數字鍵、運算符、功能鍵

關鍵佈局代碼

panel3.setLayout(new GridLayout(4, 6));
// 按行序加入：MC 7 8 9 / sqrt | MR 4 5 6 * % | MS 1 2 3 - 1/x | M+ 0 +/- . + =
// 共 24 個按鈕，每行 6 個

核心邏輯：actionPerformed 狀態機

數字與小數點輸入

// 數字鍵 0-9
for (int i=0; i<=9; i++)
    if (e.getSource()==button[i] && clickable)
        textAnswer.setText(textAnswer.getText() + i);

// 小數點：防止重複
if (e.getSource()==buttonDot && clickable) {
    if (!textAnswer.getText().contains("."))
        textAnswer.setText(textAnswer.getText() + ".");
}

四則運算：統一處理模板

// 以加法為例，減乘除同理
if (e.getSource()==buttonAdd && clickable) {
    // 先結算上一個運算 (prekey)
    switch (prekey) {
        case 0: answerd += Double.parseDouble(textAnswer.getText()); break; // +
        case 1: answerd -= Double.parseDouble(textAnswer.getText()); break; // -
        case 2: answerd *= Double.parseDouble(textAnswer.getText()); break; // *
        case 3: 
            double val = Double.parseDouble(textAnswer.getText());
            if (val == 0) { showError("除數不能為零"); return; }
            answerd /= val; break; // /
        default: answerd = Double.parseDouble(textAnswer.getText());
    }
    textAnswer.setText("");  // 清空輸入區
    prekey = key = 0;        // 記錄當前為加法
}

等號鍵：支援連續運算

if (e.getSource()==buttonEqual && clickable) {
    if (prekey == 5) {  // 連續按 =
        // 使用上一個運算數 vard 重複運算
        switch (key) { case 0: answerd += vard; break; ... }
    } else {
        vard = Double.parseDouble(textAnswer.getText()); // 記住本次運算數
        switch (key) { case 0: answerd += vard; break; ... }
        prekey = -1;  // 重置上一運算符
    }
    prekey = 5;  // 標記剛按過 =
    textAnswer.setText(df.format(answerd));
}

特殊功能鍵

選單功能

// 複製/貼上
if (e.getSource()==copyItem) copy = textAnswer.getText();
if (e.getSource()==pasteItem) textAnswer.setText(copy);

// 幫助/關於
if (e.getSource()==topHelp) 
    JOptionPane.showMessageDialog(panel, scrollHelp);
if (e.getSource()==aboutCal)
    JOptionPane.showMessageDialog(panel, "計算器 1.00\n開發者：樓競");

異常統一攔截

catch (Exception ex) {
    textAnswer.setText("操作非法");
    clickable = false;
}

啟動入口

public static void main(String[] args) {
    new Calculator();  // 建構子內完成 UI 建立、事件綁定、frame.show()
}

教學價值總結

• 事件驅動模型：單一 ActionListener 透過 getSource() 分派
• 狀態機設計：key/prekey/clickable 控制運算流程
• Swing 佈局組合：BorderLayout + FlowLayout + GridLayout 實戰
• 格式化輸出：DecimalFormat 控制精度
• 防禦性程式：除零檢查、輸入驗證、異常統一處理

擴充方向

1. 科學型計算器：加入 sin/cos/log/常數 π/e
2. 數字分組顯示：DecimalFormat("#,###.##")
3. 鍵盤快捷鍵支援：KeyBinding
4. 歷史紀錄面板：JList + 雙擊帶入
5. MVC 重構：分離 CalculatorModel、CalculatorView、CalculatorController

結語

這款計算器雖功能基礎，但涵蓋了 GUI 程式設計的核心要素：視窗建構、佈局管理、事件監聽、狀態維護、異常處理。建議初學者手敲代碼、斷點調試 actionPerformed 流程，體會「事件→狀態變更→視圖更新」的循環。掌握此模式，即可應對更複雜的 Swing/JavaFX 桌面應用開發。