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：
- 支持加、减、乘、除四则运算。
- 支持括号，以处理运算优先级。
- 提供用户输入验证，确保输入的表达式合法。
- 支持连续运算，即用户可以在一次输入中完成多个运算。
- 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
- 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。
- 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。
- 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。
