我們這次實現的命令列計算器,支援加減乘除、括號、浮點數、負數,以及檢視歷史和退出功能。
主要的思路:read - parse - print - loop。
read 階段是指讀取使用者在提示符(cal> )之後輸入的字串。
parse 階段包括:將使用者輸入的字串分割成單個物件比如:符號 +,或者數字 1.2 。其次將中綴表示式轉化字尾表示式,接下來計算字尾表示式的數值。
print 階段指的是將 parse 階段的數值列印在終端上。
loop 階段是指重複上述操作,除非使用者輸入 exit 符號或者 ctrl + c 終止程式執行。
實現效果圖:
棧為了實現後面的中綴、字尾表示式,我們需要借助棧這種資料結構。
棧是一種先進後出的資料結構,函式呼叫時就會使用棧來儲存當前程式的位址及其他資訊。
下面簡單說明棧的使用:
push 函式在棧的頂部新增元素,pop 函式刪除棧頂的元素,top 函式檢視棧頂元素。
class stack:
def push(self, value: t) -> none: pass
def pop(self) -> t: pass
def top(self) -> t: pass
分詞
分詞是 parse 階段的重要部分。
+ => 空格+空格
經過上述操作,就可以實現對正數以及操作符的分詞功能。
def tokenize(expression: str) -> generator[str, none, none]:
for symbol in symbols:
# 替換字串
expression = expression.replace(symbol, f" ") # 分割字串 seq: list[str] = expression.split()
為了實現對負數的分詞,我們需要迭代分詞序列,將『-』 與後面的數字轉換成乙個整體。我們有兩種情況將 - 視作負號,第一種情況,負號位於字串的開頭;第二種情況,負號前乙個符號為左括號。
'''
'''for i, item in enumerate(expression.split()):
if item == "-":
# 兩種情況下,當前符號設定為 ""
# 下乙個符號設定為負數
if i - 1 < 0 or seq[i - 1] == "(":
seq[i] = ""
seq[i + 1] = f"-"
# 若字串不為空,列印字串
if seq[i]:
yield seq[i]
中綴表示式
中綴表示式就是我們寫的各種表示式,如 3 + 2 * 4。我們希望將其轉化為字尾表示式,示例如下:
中綴表示式 ==> 1 + 5 * 4 + (3 * 2 + 4) * 6
字尾表示式 ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4 + 6 * +
我們需要準備乙個棧 stack ,用於臨時存放操作符;準備乙個序列 seq,用來存放輸出結果,也就是字尾表示式。
轉化規則:
迭代分詞序列,遇到數字,就將數字輸出到序列 seq 中。
定義各個符號優先順序,其中 乘除 > 加減 > 右括號。比較當前符號與棧頂元素的優先順序,如果當前元素的優先順序小於等於棧頂元素的優先順序,就彈出棧頂元素,輸出到 seq 序列中,然後將當前元素壓入棧中。如果當前元素的優先順序大於棧頂元素的優先順序,或者當前元素為右括號,我們直接將當前元素壓入棧中。
如果遇到左括號,我們就彈出棧中元素,並輸出到 seq 序列中。其中,左右括號不輸出到序列中。
最後,將棧中剩餘的符號輸出到 seq 序列中。
'''
'''# 迭代 1 + 5 * 4 + (3 * 2 + 4) * 6
# 讀入 1 並輸出到 seq 中,將 + 壓入棧中
# 讀入 5 並輸出到 seq 中
stack ==> +
seq ==> 1 5
# 讀入 *, * 優先順序 > + 優先順序
# 將 * 壓入棧中, 讀入 4 並輸出
stack ==> + *
seq ==> 1 5 4
# 讀入 +, + 優先順序 < * 優先順序
# 將 * 輸出到 seq 序列中
# + 優先順序 <= + 優先順序,+ 輸出
# 將 + 壓入棧中
stack ==> +
seq ==> 1 5 4 * +
# 讀入 (, 壓入棧中,讀入 3,壓入棧中
stack ==> + (
seq ==> 1 5 4 * + 3
# 讀入 *, 壓入棧中,讀入 2,壓入棧中
stack ==> + ( *
seq ==> 1 5 4 * + 3 2
# 讀入 +,* 輸出,+ 壓入棧中, 4 輸出
stack ==> + ( +
seq ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4
# 讀入 ),+ 輸出,彈出 (
stack ==> +
seq ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4 +
# 讀入 *, 壓入棧中, 6 輸出
stack ==> + *
seq ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4 + 6
# 將棧中剩餘符號輸出
stack ==>
seq ==> 1 5 4 * + 3 2 * 4 + 6 * +
**如下:
'''
'''def parse_infix(expression: str) -> list[str]:
stack: stack[str] = stack()
result: list[str] =
for expr in tokenize(expression):
if not is_float(expr) and expr not in symbols:
raise symbolerror()
if is_float(expr):
elif expr == ")":
while stack.top != "(":
stack.pop()
elif expr == "(":
stack.push(expr)
elif stack.top and compare_priority(expr, stack.top):
while stack.top and compare_priority(expr, stack.top):
stack.push(expr)
else:
stack.push(expr)
while stack:
return result
字尾表示式
字尾表示式的規則:遇到數值就壓入棧中;遇到符號,就從棧中彈出兩個元素,計算兩個元素運算結果,將得到的結果壓入棧中。
def parse_sufix(expression: list[str]) -> float:
stack: stack[str] = stack()
result: float = 0.0
for expr in expression:
if is_float(expr):
stack.push(expr)
else:
elem1: str = stack.pop()
elem2: str = stack.pop()
result = evaluate(expr, float(elem2), float(elem1))
stack.push(str(result))
if stack:
result = float(stack.pop())
return result
棧實現簡易計算器
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