自己動手寫計算器

一、功能分析

　　用戶輸入一個類似這樣?3*( 4+ 50 )-(( 100 + 40 )*5/2- 3*2* 2/4+9)*((( 3 + 4)-4)-4) 這樣的表達式，假設表達式里面除了包含空格、'+'、'-'、'*'、'/'和括號再無其他特殊符號，然后自己動手寫代碼解析其中的表達式，實現加減乘除，最后得出的結果與真實的計算機所算的結果必須一致。

二、所需的知識點

• 字符串的處理
• 正則表達式的運用
• 函數遞歸

三、程序實現流程分析

用正則表達式處理字符串，只提取其中的數字和運算符，并轉換成列表

編寫一個函數，處理沒有括號的基本運算的基本表達式

再寫一個函數遞歸處理帶有括號的函數，先計算最內部括號中的表達式, 然后將最內部的括號替換為計算后的結果, 在遞歸外部一層的, 最后返回的就是所需的結果

四、具體實現過程

1.正則表達式處理用戶輸入字符串

　　這里我不會講正則表達式具體的用法，要將的話都可以講一本書了，我只講本文用到的正則表達式。根據需求，我們需要提取出用戶輸入字符串中的數字和運算符到一個列表中，而空格將會被忽略掉，假設用戶輸入的表達式是?expression，我們可以寫出下面的代碼：

import re expression='(( 100 + 40 )*5/2- 3*2* 2/4+9)*((( 3 + 4)-4)-4)' l=re.findall('([\d\.]+|/|-|\+|\*)',expression) print(l) #['100', '+', '40', '*', '5', '/', '2', '-', '3', '*', '2', '*', '2', '/', '4', '+', '9', '*', '3', '+', '4', '-', '4', '-', '4']　

首先我們先看一下 findall 的用法，findall可以匹配所有符合規律的內容，返回包含結果的列表。'([\d\.]+|/|-|\+|\*)'是匹配規則，這里\d表示匹配一個數字，\.表示將.轉義成數字上小數點 . ，不然在正則表達式里 .?可以匹配除了換行符以外的任意字符。[\d\.]+表示可以匹配至少由一個數字、或者小數點 . 組成的字符串，比如說，這里既可以匹配到100，也可以匹配到100.11。|/|-|\+|\* 表示匹配到+或-或*或/，()表示一組，這里意思是如果匹配到數字或者+或者-或者*或者/其中任意一個的話，就將其作為一組，然后添加到列表中去。

2.不含括號的表達式的計算

　　為了后面迭代算出有括號的表達式，我們先寫一個沒有括號的表達式，比如說像這樣一個表達式?'100.5+40*5/2-3*2*2/4+9',對于這樣的表達式我們肯定是計算乘除，在計算加減，計算一個最小計算單元后，再將結果放回列表中不斷循環，直到算出整個不帶括號的表達式，實現的代碼如下：

import re expression= '100.5+40*5/2-3*2*2/4+9' l = re.findall('([\d\.]+|/|-|\+|\*)',expression) print(100.5+40*5/2-3*2*2/4+9) # 206.5 def multdiv(l,x): #定義最小的乘除運算單元，l是列表，x代表*或/a = l.index(x) #首先獲取乘除運算符的位置if x=='*': #如果是*則執行乘法運算k = float(l[a - 1]) * float(l[a + 1]) #獲取乘法運算的結果，比如k=3*2else:k = float(l[a - 1]) / float(l[a + 1])del l[a - 1], l[a - 1], l[a - 1] #刪除掉列表里剛做運算的三個元素，比如，3 * 2l.insert(a - 1, str(k)) #將剛計算的結果插入到列表中然后執行下一次計算return ldef fun(s):sum=0while 1: #先將乘除運算計算完，在計算加減if '*' in l and '/' not in l: #先判斷，如果只有*的話，先計算 *multdiv(l, '*')elif '*' not in l and '/' in l: #如果只有 /的話，先計算 /multdiv(l, '/')elif '*' in l and '/' in l: #如果既有 / 也有 *的話，先獲取他們的下標，a = l.index('*') #根據下標判斷先執行哪個b = l.index('/')if a < b:multdiv(l, '*')else:multdiv(l, '/')else: #當上面的乘除計算完之后，就可以計算加減了if l[0]=='-': #這里需要判斷一下，如果列表里第一個符號是‘-’l[0]=l[0]+l[1] #的話，表示第一個數是負數，所以我們需要將列表第一和第二項合并起來del l[1]sum += float(l[0]) #做完上面的處理后列表中就只剩加減計算了，for i in range(1,len(l),2):if l[i]=='+': #根據符號執行加減計算，將結果保存在sum中sum+=float(l[i+1])else:sum-=float(l[i+1])breakreturn sum #最后返回這個不含括號表達式的結果 a=fun(l) print(a) # 206.5 可以看出與實際的計算結果一樣

　　代碼寫到這里主要的功能實現了，但是上面的代碼還有一個小問題，那就是如果我們的表達式如果是這樣的 7*((1-4)-4) 我們按照程序流程執行的話執行一次fun的話，表達式變成這樣?7*(-3-4),在執行一次的話就變成?7*-7，這樣的話，我們在執行上面的fun函數就會出現問題，因為兩個數字之間出現了兩個運算符，所以我們要修改上面的函數使其能處理這種情況。

def multdiv(l,x): 　　#定義最小的乘除運算單元，l是列表，x代表*或/a = l.index(x) #首先獲取乘除運算符的位置if x == '*' and l[a + 1] != '-': #判斷*，/后面的一個操作符是否是‘-’如果是的話，分別進行處理k = float(l[a - 1]) * float(l[a + 1])elif x == '/' and l[a + 1] != '-':k = float(l[a - 1]) / float(l[a + 1])elif x == '*' and l[a + 1] == '-':k = -(float(l[a - 1]) * float(l[a + 2]))elif x == '/' and l[a + 1] == '-':k = -(float(l[a - 1]) / float(l[a + 2]))del l[a - 1], l[a - 1], l[a - 1] #刪除掉列表里剛做運算的三個元素，比如，3 * 2l.insert(a - 1, str(k)) #將剛計算的結果插入到列表中然后執行下一次計算return ldef fun(l):sum=0print(l)while 1: #先將乘除運算計算完，在計算加減if '*' in l and '/' not in l: #先判斷，如果只有*的話，先計算 *multdiv(l, '*')elif '*' not in l and '/' in l: #如果只有 /的話，先計算 /multdiv(l, '/')elif '*' in l and '/' in l: #如果既有 / 也有 *的話，先獲取他們的下標，a = l.index('*') #根據下標判斷先執行哪個b = l.index('/')if a < b:multdiv(l, '*')else:multdiv(l, '/')else: #當上面的乘除計算完之后，就可以計算加減了print(l)if l[0]=='-': #這里需要判斷一下，如果列表里第一個符號是‘-’l[0]=l[0]+l[1] 　　　　　　 #的話，表示第一個數是負數，所以我們需要將列表第一和第二項合并起來del l[1]sum += float(l[0]) 　　　　　　 #做完上面的處理后列表中就只剩加減計算了，for i in range(1, len(l), 2):if l[i] == '+' and l[i + 1] != '-': 　　 #判斷+，-后面的一個操作符是否是‘-’如果是的話，分別進行處理sum += float(l[i + 1]) elif l[i] == '+' and l[i + 1] == '-':sum -= float(l[i + 2])elif l[i] == '-' and l[i + 1] == '-':sum += float(l[i + 2])elif l[i] == '-' and l[i + 1] != '-':sum -= float(l[i + 1])breakreturn sum 　　　　 #最后返回這個不含括號表達式的結果

到這里，我們就完成了不含括號表達式的運算，程序的一大半就完成了，下面我們在完成剩下的程序。

3.帶有括號表達式的遞歸計算

首先計算最里面一個括號里的表達式，調用fun函數計算出其值，將其結果代替其括號，然后不停的遞歸調用直到獲取最后的結果。

def calculate(expression):ex=[] #存儲'('出現的位置ans=0 #保存結果if '(' not in expression: #如果括號都處理完成了，直接調用fun函數返回結果ans=fun(expression)return ansfor i in range(len(expression)):if expression[i]=='(':ex.append(i) #ex=[6,7] #紀錄 '(' 出現的位置elif expression[i]==')': #遇到 ')'后。就可以計算第一個括號里的值temp=0 #定義一個變量 存儲括號表達式的結果sub=expression[ex[len(ex)-1]+1:i] #獲取括號里的表達式temp=fun(sub) #調用fun函數計算括號里的表達式的值expression=expression[0:ex[len(ex)-1]]+str(temp)+expression[i+1:len(expression)+1] #去掉剛才的括號表達式，并用temp代替，返回一個新的表達式ex.pop() #刪除剛才計算完的括號表達式里面 '(' 的位置return calculate(expression) #遞歸計算新的表達式，直道所有的括號處理完畢

4.大功告成

到這里所有的模塊都完成了，一個簡單的計算器就實現了，下面附上完整的代碼

import re def md(l,x):a = l.index(x)if x == '*' and l[a + 1] != '-':k = float(l[a - 1]) * float(l[a + 1])elif x == '/' and l[a + 1] != '-':k = float(l[a - 1]) / float(l[a + 1])elif x == '*' and l[a + 1] == '-':k = -(float(l[a - 1]) * float(l[a + 2]))elif x == '/' and l[a + 1] == '-':k = -(float(l[a - 1]) / float(l[a + 2]))del l[a - 1], l[a - 1], l[a - 1]l.insert(a - 1, str(k))return ldef fun(s):l = re.findall('([\d\.]+|/|-|\+|\*)',s)sum=0while 1:if '*' in l and '/' not in l:md(l, '*')elif '*' not in l and '/' in l:md(l, '/')elif '*' in l and '/' in l:a = l.index('*')b = l.index('/')if a < b:md(l, '*')else:md(l, '/')else:if l[0]=='-':l[0]=l[0]+l[1]del l[1]sum += float(l[0])for i in range(1, len(l), 2):if l[i] == '+' and l[i + 1] != '-':sum += float(l[i + 1])elif l[i] == '+' and l[i + 1] == '-':sum -= float(l[i + 2])elif l[i] == '-' and l[i + 1] == '-':sum += float(l[i + 2])elif l[i] == '-' and l[i + 1] != '-':sum -= float(l[i + 1])breakreturn sum def calculate(expression):ex=[]ans=0if '(' not in expression:ans=fun(expression)return ansfor i in range(len(expression)):if expression[i]=='(':ex.append(i) #ex=[6,7]elif expression[i]==')': #14temp=0sub=expression[ex[len(ex)-1]+1:i]temp=fun(sub)expression=expression[0:ex[len(ex)-1]]+str(temp)+expression[i+1:len(expression)+1]ex.pop()return calculate(expression)s='1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5+3) * (9-2*5/3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2) )' print(1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5+3) * (9-2*5/3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2) )) 　　#1735397.4095238098 s3='3*(4+50)-((100+40)*5/2-3*2*2/4+9)*(((3+4)-4)-4)' 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #518.0 print(3*(4+50)-((100+40)*5/2-3*2*2/4+9)*(((3+4)-4)-4)) print(calculate(s)) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#1735397.4095238098 print(calculate(s3)) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 #518.0

　　為了簡潔性，上面完整的代碼沒有寫注釋，要看注釋的話可以往文章的上面去查看，最后為了可以簡單的對比計算器的正確性，就沒有加入input部分來獲取用戶的輸入，直接在代碼中用字符串代替了，代碼的最后可以看出代碼正確的運行了，到這里簡易計算器就完成了。

五、補充

　　最近深入的學一下正則表達式，發現上面寫的計算器，比較復雜，所以就想用正則在經行改寫一下，下面是改寫后的代碼，改寫后去除注釋不到40行代碼，非常簡潔，下面來看一下代碼

import re def multiply_divide(s): 　　　　　　　　#計算一個不含括號的最小乘除單元，用split分隔*或/然后計算ret = float(s.split('*')[0]) * float(s.split('*')[1]) if '*' in s else float(s.split('/')[0]) / float(s.split('/')[1])return retdef remove_md(s): 　　　　　　　　# 將不含括號的表達式里的乘除先遞歸計算完if '*' not in s and '/' not in s:return s 　　　　　　　　# 沒有乘除的話遞歸結束else: 　　　　　　　　# 匹配一個最小乘除單元，調用multiply_divide計算，將結果拼接成一個新的表達式進行遞歸處理k = re.search(r'-?[\d\.]+[*/]-?[\d\.]+', s).group()s = s.replace(k, '+' + str(multiply_divide(k))) if len(re.findall(r'-', k)) == 2 else s.replace(k, str(multiply_divide(k)))return remove_md(s)def add_sub(s): 　　　　　　　　# 計算沒有乘除的表達式，得出最后不包含括號表達式的運算結果l = re.findall('([\d\.]+|-|\+)', s) 　　　　　　　　 # 將表達式轉換成列表，if l[0] == '-': 　　　　　　　　# 如果第一個數是負數，對其進行處理l[0] = l[0] + l[1]del l[1]sum = float(l[0])for i in range(1, len(l), 2): 　　　　　　　　# 循環計算結果if l[i] == '+' and l[i + 1] != '-':sum += float(l[i + 1])elif l[i] == '+' and l[i + 1] == '-':sum -= float(l[i + 2])elif l[i] == '-' and l[i + 1] == '-':sum += float(l[i + 2])elif l[i] == '-' and l[i + 1] != '-':sum -= float(l[i + 1])return sumdef basic_operation(s): 　　　　　　　　　　# 計算一個基本的4則運算s = s.replace(' ', '')return add_sub(remove_md(s)) 　　　　　　　　　　# 調用前面定義的函數，先乘除，后加減def calculate(expression): 　　　　　　　　　　 # 計算包含括號的表達式if not re.search(r'\([^()]+\)', expression): # 匹配最里面的括號，如果沒有的話，直接進行運算，得出結果return basic_operation(expression)k = re.search(r'\([^()]+\)', expression).group() # 將匹配到的括號里面的表達式交給basic_operation處理后重新拼接成字符串遞歸處理expression = expression.replace(k, str(basic_operation(k[1:len(k) - 1])))return calculate(expression)s = '1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (9-2*5/3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2) )' print('用eval計算出來的值為：{}\n計算器計算出來的值為：{}'.format(eval(s), calculate(s))) # >>> 用eval計算出來的值為：2776672.6952380957 # >>> 計算器計算出來的值為：2776672.6952380957　

六、小結　

　　看了上面的代碼，是不是覺自己寫代碼還是好麻煩啊，那么Python有沒有已經寫好的函數幫我們完成這一功能了，作為追求簡潔的python來說必須有，一行代碼解決上面我們做的所有事，而且功能更加完善，那就是eval()函數，只需將要計算的表達式傳遞給eval函數即可算出結果?？吹竭@里，是不是有點淚奔的感覺，白寫了。其實不然，通過我們自己寫，可以更好的理解實現的原理，并且加強自己寫代碼的能力。

　　

轉載于:https://www.cnblogs.com/Wxtrkbc/p/5453349.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Python之实现一个简易计算器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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