實作一個計算器的實例
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- 2017-06-20 14:35:471364瀏覽
作業：計算機開發
（1）實作加減乘除及拓號優先權解析；
# （2）使用者輸入1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2) )等類似公式後，必須自己解析裡面的(),+,-,*,/符號和公式，運算後得出結果，結果必須與真實的計算器所得出的結果一致。
程式碼如下：
1 import re 2 3 formula = '1 - 2 * ( (60-30 +(-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 ) * (-40/5)) - (-4*3)/ (16-3*2) )' 4 #formula = "(1++1)" 5 def modify(formula_deep): 6 '''程序修饰函数，去除空格和括号''' 7 '''去除运算中出现的+- -- ++ -+ 等情形''' 8 formula_deep = re.sub("[() ]","",formula_deep) #替换空格和空号 9 formula_deep = re.sub("\+-","-",formula_deep) #替换+-为-10 formula_deep = re.sub("--",'+',formula_deep) #替换--为+11 formula_deep = re.sub("-\+",'-',formula_deep)12 formula_deep = re.sub("\++","+",formula_deep)13 return formula_deep14 15 def multiply_divide(formula_deep):16 '''计算乘除'''17 '''由于乘除是首先计算的，我们的思路是，首先计算乘除，然后把计算的结果替换进去，就可以得到只剩加减的情形'''18 calc_sign = re.findall("[+-]",formula_deep) #提取字符串中所有的加减号19 calc_list = re.split("[+-]",formula_deep) #以加减号进行分割，得到乘除20 '''由于我们得到的calc_list:['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14'],里面由于-号引起的麻烦，-9被分割了，2*5/等'''21 if calc_list[0] == '':22 '''处理列表开头“”空的情况，说明这里是负数，被我们分割掉了要重新进行合并'''23 calc_list[1] = calc_sign[0] + calc_list[1]24 del calc_sign[0]25 del calc_list[0]26 for num,line in enumerate(calc_list):27 '''处理2*5/的情形，说明这种后面除的是一个负数，因为只有负数才会出现这种情况2*5/-3被分割了，需要合并'''28 if line.endswith("/") or line.endswith("*"):29 '''如果结尾包括乘除号，说明是负数被拆分了'''30 calc_list[num+1] = calc_list[num] + calc_sign[num] + calc_list[num+1]31 del calc_sign[num]32 del calc_list[num]33 '''下面进行乘除的正式运算，上面都是进行格式转换'''34 for index,string in enumerate(calc_list):35 '''首先提取编号，便于后面替换运算出来的值'''36 if "/" in string or "*" in string:37 mul_div_sign = re.findall("[/*]",string)38 mul_div_list = re.split("[/*]",string)39 calc_value = None40 for e_index,e in enumerate(mul_div_list):41 if calc_value:42 if mul_div_sign[e_index-1] == "/":43 calc_value /= float(e)44 elif mul_div_sign[e_index-1] == "*":45 calc_value *= float(e)46 else:47 calc_value = float(e)48 calc_list[index] = calc_value49 else:50 pass51 '''计算值'''52 value = None53 for k,v in enumerate(calc_list):54 '''计算加减的情况'''55 if value:56 if calc_sign[k-1] == "-":57 value -= float(v)58 elif calc_sign[k-1] == '+':59 value += float(v)60 else:61 value = float(v)62 return value63 64 65 def main(formula):66 '''程序主入口，生成带括号的情况'''67 while True:68 formula_deep = re.search("\(.[^()]+\)",formula)69 if formula_deep:70 formula_deep = formula_deep.group()71 formula_list = modify(formula_deep)72 '''得到修整好要计算的字符串，现在开始进行计算-9-2*5/-3+7/3*99/4*2998+10*568/14'''73 calc_value = multiply_divide(formula_list)74 formula = formula.replace(formula_deep,str(calc_value))75 else:76 '''处理不带括号的情形'''77 formula = modify(formula)78 calc_last_value = multiply_divide(formula)79 print("formula:",calc_last_value)80 exit()81 82 if __name__=="__main__":83 main(formula)
程式運作過程：
大致思路：我們知道，要計算上面字串的格式，可以使用eval()函數，但是這裡我們要自己寫一個計算器；我們知道，數學運算的優先權是括號的優先權最高，先運算括號內的東西，因此我們的思路是匹配出記憶體的括號，然後進行運算，當把記憶體括號中的內容配對出來之後，我們計算，然後用計算出來的值替換字串中原來位置的值，一直替換到字串中沒有括號位置，這個時候我們就按照正常的運算順序來進行計算。
1、正規匹配，先找到記憶體括號；程式碼如下：
formula = '1 - 2 * ( (60 -30 +(-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 ) * (-40/5)) - (-4*3)/ (16-3 *2) )'
formula_deep = re.search("\(.[^()]+\)",formula)
print(formula_deep.group())
執行結果如下：
(-9-2*5/-3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )
上面我們觀察提取出來記憶體的字串，可以看出，有很多地方需要修飾一下，字串中有很多空，這會影響我們計算，還有在計算的過程中我們不需要括號，因此也要去掉括號。
2、移除空格和括號；
formula_deep = re.sub("[() ]", "",formula_deep)
運作如下：
-9-2*5/-3+7/ 3*99/4*2998+10*568/14
3、得到上述字串之後，我們在逐層運算的時候，可以會出現+-，-+，++，--等情況，這個時候也要進行處理，由於現在是第一層，看不出來問題，當運算之後，如果內存得到的是負數，那麼前面括號外面是+或-的話就變成+-，--等情況，這個時間也是不行的，也要處理；
formula_deep = re.sub("\+-",'-',formula_deep)
formula_deep = re.sub("-+",'-',formula_deep)
formula_deep = re.sub("\++","+",formula_deep)
formula_deep = re.sub("--",'+',formula_deep)
## 運作如下：
-9-2*5/-3+7/3*99/4*2998+10*568/14
4、當上方處理完成之後，就正式開始計算，我們知道，計算首先要計算乘除，因為乘除的優先級最高，因為要先找到乘除，計算完成之後再計算加減；
calc_sign = re.findall(
"[+-]",formula_deep) calc_list = re.split("[+-]",formula_deep) print(calc_list) print(calc_sign)
運作如下：
['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998 ', '10*568/14']
['-', '-', '-', '+', '+']
我們得到了計算的列表，和運算符號，['', '9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']裡面也是有問題的，首先，列表的第一個元素是""空的情形，說明前面是-號才會有這種情況出現，這樣的情況是要合併的，還有2*5/ ，這種說明後面跟著的也是負數，也要先處理才能進行預案算，為什麼會出現這種情況呢？這是由於在運算的過程中，我們是以"+"或"-"來分割字串的，這樣就會造成如果是一個負數，就會被分割掉，在開頭的時候，前面會被分割一個空，這樣就會造成我們運算出錯，因為要進行修改。
5.修正上述運算：
if calc_list[0] == "" :
calc_list[1] = calc_sign[0] + calc_list[1]
del calc_list[0]#
0] print(
"calc_list:",calc_list) print(
"calc_sign:",calc_sign) for index, e
in enumerate(calc_list): if e.endswith(
"/") or e.endswith("*"): '''
說明後面跟著的是負數，要修正''' calc_list[index+
1] = calc_list[index] + calc_sign[index] + calc_list[index+1] del calc_list[index]
del calc_sign[index]
[list: print(##list )
print("calc_sign:",calc_sign)
運作如下：
calc_list: ['- 9', '2*5/', '3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']
calc_sign: ['-', '-', '+ ', '+']
calc_list: ['-9', '2*5/-3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']
calc_sign : ['-', '+', '+']
從上面可以看出，我們分兩筆進行了修正，第一次去除了開頭的""空元素問題；第二次提出了乘除後面跟著負數的情況；
#6、这个时候，我们就要进行计算了，我们首先遍历calc_list: ['-9', '2*5/-3', '7/3*99/4*2998', '10*568/14']中的元素，因为我们要先进行乘除，因此找到包含"/"或"*"的字符串，进行求值，然后进行替换，就可以得到没有乘除的字符串，只包含加减情况：
for num,value in enumerate(calc_list):if "/" in value or "*" in value:"""说明包含乘除，首先进行计算"""mul_div_sign = re.findall("[/*]",value)
mul_div_list = re.split("[*/]",value)
print(mul_div_sign)
print(mul_div_list)运算结果如下：
['*', '/']
['2', '5', '-3']
['/', '*', '/', '*']
['7', '3', '99', '4', '2998']
['*', '/']
['10', '568', '14']
我们得到了运算符和里面的数字，现在只要判断乘除号，然后就可以利用前面一个乘以后面一个进行计算了。如下：
7、乘除计算：
1 for num,value in enumerate(calc_list): 2 if "/" in value or "*" in value: 3 """说明包含乘除，首先进行计算""" 4 mul_div_sign = re.findall("[/*]",value) 5 mul_div_list = re.split("[*/]",value) 6 '''接下来，我们计算乘除的情况，首先我们要遍历乘除，因为要进行元素递乘''' 7 res = None 8 for e_index,e_value in enumerate(mul_div_list): 9 if res:10 if mul_div_sign[e_index-1] == "/":11 res /= float(e_value)12 elif mul_div_sign[e_index-1] == "*":13 res *= float(e_value)14 else:15 res = float(e_value) #如果不存在，就生成一个新的，但是我们定义的是不存在的情况，因此肯定是先生成一个数，然后在进行计算16 calc_list[num] = res17 else:18 pass19 20 print(calc_list)21 print(calc_sign) 运行结果如下：
['-9', -3.3333333333333335, 173134.50000000003, 405.7142857142857]
['-', '+', '+']
上述代码，我们进行了乘除的运算，让运算里面不在存在乘除，只需要进行加减运算即可。
可以看见，我们运算之后，只剩下了加减，这样，我们就可以利用列表的元素和符号进行加减运算。
8、加减运算：
1 '''进行加减运算''' 2 result = None 3 for k_index,k_value in enumerate(calc_list): 4 if result: 5 if calc_sign[k_index-1] == "+": 6 result += float(k_value) 7 elif calc_sign[k_index-1] == '-': 8 result -= float(k_value) 9 else:10 result = float(k_value)11 print("result:",result)运行如下：
result: 173534.54761904766
9、上面，我们得到了运算的结果，然后只需要替换内存括号的内容即可，这样一层一层替换，最终只会剩下没有括号的运算，这个时候，我们在这行这个函数，就能得到最终的结果。
知识点：
（1）：
<span style="font-family: 宋体; font-size: 16px">result = <span style="color: #000080">None<br></span><span style="color: #000080">for </span><span style="background-color: #ffe4ff">k_index</span>,k_value <span style="color: #000080">in </span><span style="color: #000080">enumerate</span>(calc_list):</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px"> <span style="color: #000080">if </span>result:</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px"> <span style="color: #000080">if </span>calc_sign[<span style="background-color: #e4e4ff">k_index</span>-<span style="color: #0000ff">1</span>] == <span style="color: #008080">"+"</span>:</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px"> result += <span style="color: #000080">float</span>(k_value)</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px"> <span style="color: #000080">elif </span>calc_sign[<span style="background-color: #e4e4ff">k_index</span>-<span style="color: #0000ff">1</span>] == <span style="color: #008080">'-'</span>:</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px"> result -= <span style="color: #000080">float</span>(k_value)</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px"> <span style="color: #000080">else</span>:</span><br><span style="font-family: 宋体; font-size: 16px"> result = <span style="color: #000080">float</span>(k_value)</span>
上述代码中，体现了一个思想，由于我们想实现的是前一个数字加上后一个数字，但是没有直接的方法，这个时候，我们就可以先定义一个空值，然后对这个值进行判断，其实判断的目的就是为了给这个变量赋值，赋值就是列表的第一个元素，这样我们就能实现列表中元素每次循环都进行叠加或叠减。这个思想很好。当不存在，想让它存在的时候，就先定义一个空值进行判断，判断之后在进行赋值。赋值之后，相当于result等于元素的第一个值，并且元素下一次循环也是从第二个值开始，列表的长度索引也没有超标。
2、正则表达式的利用，re(regular的缩写)：
^表示非，"\"表示转义，就是让表示字符本身的含义，+代表一个或多个
"\(.[^()]+\)"代表匹配括号，括号中间是包含任意多个不是()的元素，也就是匹配最内层的括号。
3、字符串的replace()方法，就把字符串进行查找替换，str.replace(old,new)，正则中字符串findall()查找元素中所有的正则表达式的值，放在一个列表中；re.split()字符串的分割，按照某个正则字符串进行分割。
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