Python實戰 使用棧實現簡易計算器

2021-09-26 13:19:17 字數 4113 閱讀 5162

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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