C++實現多功能計算器

作者：鯊魚編程 2024-01-31 08:33:06

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本文旨在介紹如何使用C++編寫一個功能更加豐富的計算器程序，該程序不僅能夠執行基本的數學運算，還能處理更復雜的表達式，并提供用戶友好的交互界面。

在現代編程實踐中，C++以其高效性、可擴展性和面向對象的特性被廣泛應用。本文旨在介紹如何使用C++編寫一個功能更加豐富的計算器程序，該程序不僅能夠執行基本的數學運算，還能處理更復雜的表達式，并提供用戶友好的交互界面。

一、功能設計

多功能計算器將包含以下特性：

支持加、減、乘、除四則運算。
支持括號，以處理運算優先級。
提供用戶輸入驗證，確保輸入的表達式合法。
支持連續運算，即用戶可以在一次輸入中完成多個運算。
顯示運算結果和可能的錯誤信息。

二、代碼實現

為了實現上述功能，我們需要編寫一個能夠解析和計算數學表達式的程序。下面是一個簡化版的C++多功能計算器程序：

#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("除數不能為0");  
        default: throw invalid_argument("無效的運算符");  
    }  
}  
  
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(); // 彈出'('  
        } 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 << "請輸入一個數學表達式: ";  
    getline(cin, expression);  
  
    try {  
        double result = evaluateExpression(expression);  
        cout << "結果是: " << result << endl;  
    } catch (const invalid_argument& e) {  
        cout << "錯誤: " << e.what() << endl;  
    }  
  
    return 0;  
}

三、代碼解析

compute函數：執行基本的數學運算。它接收兩個double類型的操作數和一個char類型的運算符，然后根據運算符執行相應的運算并返回結果。
evaluateExpression函數：使用兩個棧，一個用于值，一個用于運算符，來實現表達式求值。該函數按照運算符的優先級處理表達式，并正確處理括號。
main函數：程序的入口點。它首先提示用戶輸入一個數學表達式，然后調用evaluateExpression函數計算表達式的結果，并將結果打印到屏幕上。如果在計算過程中發生錯誤，程序會捕獲異常并顯示錯誤信息。

四、程序運行

用戶可以在控制臺中輸入一個數學表達式，例如 "3 + 4 * (2 - 1) / 5"，然后程序會計算表達式的結果并顯示。如果用戶輸入了一個無效的表達式，程序會顯示一個錯誤信息。

五、結論

這個C++多功能計算器程序展示了如何使用棧來處理復雜的數學表達式，并提供了用戶友好的交互界面。通過擴展這個程序，可以添加更多的功能，比如支持更多的數學函數、提供圖形用戶界面等。

責任編輯：趙寧寧來源：鯊魚編程

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