6. C++实现多功能计算器

C++实现多功能计算器

在现代编程实践中,C++以其高效性、可扩展性和面向对象的特性被广泛应用。本文旨在介绍如何使用C++编写一个功能更加丰富的计算器程序,该程序不仅能够执行基本的数学运算,还能处理更复杂的表达式,并提供用户友好的交互界面。

一、功能设计

多功能计算器将包含以下特性:

  1. 支持加、减、乘、除四则运算。
  2. 支持括号,以处理运算优先级。
  3. 提供用户输入验证,确保输入的表达式合法。
  4. 支持连续运算,即用户可以在一次输入中完成多个运算。
  5. 显示运算结果和可能的错误信息。

二、代码实现

为了实现上述功能,我们需要编写一个能够解析和计算数学表达式的程序。下面是一个简化版的C++多功能计算器程序:

#include <iostream>
#include <stack>
#include <cctype>
#include <sstream>

using namespace std;

double compute(double a, double b, char op) {
    switch (op) {
        case '+': return a + b;
        case '-': return a - b;
        case '*': return a * b;
        case '/': return (b != 0) ? a / b : throw invalid_argument("除数不能为0");
        default: throw invalid_argument("无效的运算符");
    }
}

double evaluateExpression(string s) {
    stack<double> values;
    stack<char> ops;

    for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) {
        if (isdigit(s[i])) {
            size_t j = i;
            while (j < s.size() && (isdigit(s[j]) || s[j] == '.')) j++;
            double value = stod(s.substr(i, j - i));
            values.push(value);
            i = j - 1;
        } else if (s[i] == ' ') {
            continue;
        } else if (s[i] == '(') {
            ops.push(s[i]);
        } else if (s[i] == ')') {
            while (!ops.empty() && ops.top() != '(') {
                double val2 = values.top(); values.pop();
                double val1 = values.top(); values.pop();
                char op = ops.top(); ops.pop();
                values.push(compute(val1, val2, op));
            }
            if (!ops.empty()) ops.pop(); // 弹出'('
        } else if (s[i] == '+' || s[i] == '-' || s[i] == '*' || s[i] == '/') {
            while (!ops.empty() &&
                   (s[i] == '+' || s[i] == '-' ||
                   (s[i] == '*' || s[i] == '/') && (ops.top() == '*' || ops.top() == '/'))) {
                double val2 = values.top(); values.pop();
                double val1 = values.top(); values.pop();
                char op = ops.top(); ops.pop();
                values.push(compute(val1, val2, op));
            }
            ops.push(s[i]);
        }
    }

    while (!ops.empty()) {
        double val2 = values.top(); values.pop();
        double val1 = values.top(); values.pop();
        char op = ops.top(); ops.pop();
        values.push(compute(val1, val2, op));
    }

    return values.top();
}

int main() {
    string expression;
    cout << "请输入一个数学表达式: ";
    getline(cin, expression);

    try {
        double result = evaluateExpression(expression);
        cout << "结果是: " << result << endl;
    } catch (const invalid_argument& e) {
        cout << "错误: " << e.what() << endl;
    }

    return 0;
}

三、代码解析

1.compute函数:执行基本的数学运算。它接收两个double类型的操作数和一个char类型的运算符,然后根据运算符执行相应的运算并返回结果。

2.evaluateExpression函数:使用两个栈,一个用于值,一个用于运算符,来实现表达式求值。该函数按照运算符的优先级处理表达式,并正确处理括号。

3.main函数:程序的入口点。它首先提示用户输入一个数学表达式,然后调用evaluateExpression函数计算表达式的结果,并将结果打印到屏幕上。如果在计算过程中发生错误,程序会捕获异常并显示错误信息。

四、程序运行

用户可以在控制台中输入一个数学表达式,例如 "3 + 4 * (2 - 1) / 5",然后程序会计算表达式的结果并显示。如果用户输入了一个无效的表达式,程序会显示一个错误信息。

五、结论

这个C++多功能计算器程序展示了如何使用栈来处理复杂的数学表达式,并提供了用户友好的交互界面。通过扩展这个程序,可以添加更多的功能,比如支持更多的数学函数、提供图形用户界面等。

正文完
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