用python實現(xiàn)一個簡單計算器（完整DEMO）

更新時間：2020年10月14日 16:30:08 投稿：wdc

這篇文章主要介紹了用python實現(xiàn)一個簡單計算器（完整DEMO）,需要的朋友可以參考下

一、功能目標

用戶輸入一個類似 1-2*((60-30+(-40/5)*(9-2*5/3+7/3*99/4*2998+10*568/14))-(-4*3)/(16-3*2)) 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(xiàn)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、解題思路

1、為了分開運算符和數(shù)字，因此把輸入的字符串格式轉換為列表的格式進行處理，這樣子就可以按位進行處理了

2、實現(xiàn)功能的核心點在于括號、乘除、加減的優(yōu)先級排序，因此我們先想辦法一層一層的去括號，即從最里層的括號開始計算，然后去掉第一層括號，然后一直繼續(xù)這個過程，最后得到一個沒有括號的列表，再進行計算得出結果

3、去括號方式：最內層的括號內的表達式就可以當做一個無括號表達式，通過先運算出乘除，再運算出加減得出整個括號內的值，用這個結果值整體替換括號內的內容即實現(xiàn)了去一層括號，然后通過遞歸去除所有的括號

4、去除乘除號方式：見 remove_multiplication_division(eq) 函數(shù)部分

5、去除加減號方式：見 remove_plus_minus(eq) 函數(shù)部分

三、函數(shù)說明

1、主函數(shù)

def caculator(eq):
  format_list = eq_format(eq) # 把字符串變成格式化列表形式
  s_eq = simplify(format_list) # 去括號，得到無括號的一個格式化列表
  ans = calculate(s_eq)    # 計算最終結果
  if len(ans) == 2:      # 判斷最終結果為正數(shù)還是負數(shù)
    ans = -float(ans[1])
  else:
    ans = float(ans[0])
  return ans

2、eq_format( )函數(shù)

def eq_format(eq):
  '''
  :param eq: 輸入的算式字符串
  :return: 格式化以后的列表，如['60','+','7','*','8']
  '''
  format_list = re.findall('[\d\.]+|\(|\+|\-|\*|\/|\)',eq)
  return format_list

2.1 這個函數(shù)的作用是把輸入的算式通過re模塊，用正則表達式把算術符號和數(shù)字分開。

2.2 [\d\.]+ | \( | \+ | \- | \* | \/ | \)意思：按管道符號 | （| 表示或的意思）可分為幾部分，[\d\.]+ 是指匹配數(shù)字或小數(shù)點一次或多次，\(是指左括號，\+ 是指加號，\- 是指減號，\* 是指乘號，\/ 是指除號， \) 是指右括號，整個正則表達式會把字符串變成類似['(','6','*','5','-''7',')' ]這樣子的格式列表

3、simplify( ) 函數(shù)

def simplify(format_list):
  '''
  :param format_list: 輸入的算式格式化列表如['60','+','7','*','8']
  :return: 通過遞歸去括號，返回簡化后的列表
  '''
 
  bracket = 0   # 用于存放左括號在格式化列表中的索引
  count = 0
  for i in format_list:
    if i == '(':
      bracket = count
    elif i == ')':
      temp = format_list[bracket + 1 : count]
      # print(temp)
      new_temp = calculate(temp)
      format_list = format_list[:bracket] + new_temp + format_list[count+1:]
      format_list = change(format_list,bracket)   # 解決去括號后會出現(xiàn)的-- +- 問題
      return simplify(format_list)      # 遞歸去括號
    count = count + 1
  return format_list           # 當遞歸到最后一層的時候，不再有括號，因此返回列表

3.1 這個函數(shù)的作用是：把輸入的帶有括號的格式化列表，用遞歸的方式去除括號，每一次遞歸去一個括號，直到?jīng)]有括號則返回去完括號的格式化列表

3.2 找到最內層括號的方法：遍歷列表，如果遇到左括號，則把當前左括號的索引賦值給參數(shù)bracket，直到遇到第一個右括號，此時的索引與bracket中間的元素即為最內層括號的元素，用切片的方式提取出來，通過 calculate() 函數(shù)計算出值，然后用計算結果去替換掉此時左括號到第一個右括號的元素，此時去除第一層括號，然后進入遞歸，不斷遞歸直至去除所有括號

3.3 可能遇到的問題：

首先是不要用index的方式去取當前左括號的索引，因為列表的index方法返回的一直都是第一個左括號的索引，而不是當前左括號的索引，會導致出錯。因此我在函數(shù)內用參數(shù) count 進行計數(shù)當前索引值。

然后是用計算得出的值來替換掉第一層括號部分后，有可能會出現(xiàn) ‘+-' ，‘ - -'的情況，要記得處理，我的函數(shù)中寫了一個change（）函數(shù)進行處理

4、caculate（）函數(shù)

def calculate(s_eq):
  '''
  :param s_eq: 不帶括號的格式化列表
  :return: 計算結果
  '''
  if '*' or '/' in s_eq:
    s_eq = remove_multiplication_division(s_eq)
  if '+' or '-' in s_eq:
    s_eq = remove_plus_minus(s_eq)
  return s_eq

這個函數(shù)的作用是輸入不帶括號的格式化列表，輸出計算結果，然后返回結果列表

思路是先算乘除：remove_multiplication_division(）函數(shù)，然后再從頭到尾計算加減法：remove_plus_minus( )函數(shù)

5、remove_multiplication_division(）函數(shù)

def remove_multiplication_division(eq):
  '''
  :param eq: 帶有乘除號的格式化列表
  :return: 去除了乘除號的格式化列表
  '''
  count = 0
  for i in eq:
    if i == '*':
      if eq[count+1] != '-':
        eq[count-1] = float(eq[count-1]) * float(eq[count+1])
        del(eq[count])
        del(eq[count])
      elif eq[count+1] == '-':
        eq[count] = float(eq[count-1]) * float(eq[count+2])
        eq[count-1] = '-'
        del(eq[count+1])
        del(eq[count+1])
      eq = change(eq,count-1)
      return remove_multiplication_division(eq)
    elif i == '/':
      if eq[count+1] != '-':
        eq[count-1] = float(eq[count-1]) / float(eq[count+1])
        del(eq[count])
        del(eq[count])
      elif eq[count+1] == '-':
        eq[count] = float(eq[count-1]) / float(eq[count+2])
        eq[count-1] = '-'
        del(eq[count+1])
        del(eq[count+1])
      eq = change(eq,count-1)
      return remove_multiplication_division(eq)
    count = count + 1
  return eq

這個函數(shù)的作用是計算乘除，去乘除號。方法也是遞歸的方法，每次處理完一個乘號或者除號都可能出現(xiàn)符號問題，記得處理后再進入下一次遞歸

6、remove_plus_minus( )函數(shù)

def remove_plus_minus(eq):
  '''
  :param eq: 只帶有加減號的格式化列表
  :return: 計算出整個列表的結果
  '''
  count = 0
  if eq[0] != '-':
    sum = float(eq[0])
  else:
    sum = 0.0
  for i in eq:
    if i == '-':
      sum = sum - float(eq[count+1])
    elif i == '+':
      sum = sum + float(eq[count+1])
    count = count + 1
  if sum >= 0:
    eq = [str(sum)]
  else:
    eq = ['-',str(-sum)]
  return eq

這個函數(shù)輸入一個只有加減號的格式化列表，然后從頭到尾的計算，得出最終結果，返回最終結果（結果形式也是列表）

7、change（）函數(shù)

def change(eq,count):
  '''
  :param eq: 剛去完括號或者乘除后的格式化列表
  :param count: 發(fā)生變化的元素的索引
  :return: 返回一個不存在 '+-' ,'--'類的格式化列表
  '''
  if eq[count] == '-':
    if eq[count-1] == '-':
      eq[count-1] = '+'
      del eq[count]
    elif eq[count-1] == '+':
      eq[count-1] = '-'
      del eq[count]
  return eq

這個函數(shù)的作用是解決符號輸入兩個問題。輸入?yún)?shù)1：剛去完括號的或者剛計算完乘除的格式化列表，輸入?yún)?shù)2：列表元素發(fā)生變化的索引（如去括號時，這個索引則為去括號前列表的最內層左括號的索引），輸出結果是一個處理完符號問題或者什么都不做直接返回的列表