Python实现支持括号与复杂运算的计算器完整示例

蓝鲸
蓝鲸
发布时间:2026-10-13| 5人浏览过
原创

本文介绍使用Python正则表达式实现计算器功能的完整实例。核心逻辑通过正则匹配最内层括号,递归处理直到无括号。重点解决重复运算符合并、负号识别及乘除优先计算问题,最终实现包含复杂嵌套公式的准确计算。

本文展示了一个使用Python设计的计算器功能实例,供读者参考学习。

该实例主要利用Python实现以下计算功能:

1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (9-2*5/3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 ))- (-4*3)/(16-3*2))

其基本处理思路如下:

解题策略遵循“先内层括号,后外层括号,先乘除后加减”的原则:

1、使用正则表达式处理用户输入的字符串,判断公式中是否包含括号。若存在括号,则通过正则提取最内层的数据进行逐一计算。

所需使用的正则表达式如下:

inner = re.search("\([^()]*\)", calc_input)

2、将括号内计算得出的结果替换原公式中对应位置,在正式计算前需先对重复出现的运算符进行预处理。

用于处理重复运算符的函数定义如下:

def del_double(str):
  str = str.replace("++", "+")
  str = str.replace("--", "-")
  str = str.replace("+-","-")
  str = str.replace("- -","-")
  str = str.replace("+ +","+")
  return str

3、随后从内到外依次去除括号并执行计算,同时将结果替换回原公式对应位置。

calc_input = calc_input.replace(inner.group(), str(ret))

将每次计算得到的结果分别替换回原始计算公式中。

4、最终得到不含括号的公式,调用计算控制函数进行最后运算。此过程中需特别注意负号的处理,以及数字与乘号相邻时的解析逻辑,其余部分处理相对常规。

具体逻辑流程如下图所示:

以下是完整的代码实现:

#!/usr/bin/env python3.5
# -*-coding:utf8-*-
import re
a =r'1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (9-2*5/3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 ))- (-4*3)/(16-3*2))'
# */运算函数
def shengchu(str):
  calc = re.split("[*/]",str)   #用*/分割公式
  OP = re.findall("[*/]",str)  #找出所有*和/号
  ret = None
  for index,i in enumerate(calc):
    if ret:
      if OP[index-1] == "*":
        ret *= float(i)
      elif OP[index-1] == "/":
        ret /= float(i)
    else:
      ret = float(i)
  return ret
# 去掉重复运算,和处理特列+-符号
def del_double(str):
  str = str.replace("++", "+")
  str = str.replace("--", "-")
  str = str.replace("+-","-")
  str = str.replace("- -","-")
  str = str.replace("+ +","+")
  return str
# 计算主控制函数
def calc_contrl(str):
  tag = False
  str = str.strip("()") # 去掉最外面的括号
  str = del_double(str) # 调用函数处理重复运算
  find_ = re.findall("[+-]",str) # 获取所有+- 操作符
  split_ = re.split("[+-]",str) #正则处理 以+-操作符进行分割,分割后 只剩*/运算符
  if len(split_[0].strip()) == 0: # 特殊处理
    split_[1] = find_[0] + split_[1] # 处理第一个数字前有“-”的情况,得到新的带符号的数字
    # 处理第一个数字前为负数“-",时的情况,可能后面的操作符为“-”则进行标记
    if len(split_) == 3 and len(find_) ==2:
      tag =True
      del split_[0] # 删除原分割数字
      del find_[0]
    else:
      del split_[0] # 删除原分割数字
      del find_[0] # 删除原分割运算符
  for index, i in enumerate(split_):
    # 去除以*或/结尾的运算数字
    if i.endswith("* ") or i.endswith("/ "):
      split_[index] = split_[index] + find_[index] + split_[index+1]
      del split_[index+1]
      del find_[index]
  for index, i in enumerate(split_):
    if re.search("[*/]",i): # 先计算含*/的公式
      sub_res = shengchu(i) #调用剩除函数
      split_[index] = sub_res
  # 再计算加减
  res = None
  for index, i in enumerate(split_):
    if res:
      if find_[index-1] == "+":
        res += float(i)
      elif find_[index-1] == "-":
        # 如果是两个负数相减则将其相加,否则相减
        if tag == True:
          res += float(i)
        else:
          res -= float(i)
    else:
      # 处理没有括号时会出现i 为空的情况
      if i != "":
        res = float(i)
  return res
if __name__ == '__main__':
  calc_input = input("请输入计算公式,默认为:%s:" %a).strip()
  try:
    if len(calc_input) ==0:
      calc_input = a
    calc_input = r'%s'%calc_input # 做特殊处理,保持字符原形
    flag = True  # 初始化标志位
    result = None  # 初始化计算结果
    # 循环处理去括号
    while flag:
      inner = re.search("\([^()]*\)", calc_input)# 先获取最里层括号内的单一内容
      #print(inner.group())
      # 有括号时计算
      if inner:
        ret = calc_contrl(inner.group()) # 调用计算控制函数
        calc_input = calc_input.replace(inner.group(), str(ret)) # 将运算结果,替换原处理索引值处对应的字符串
        print("处理括号内的运算[%s]结果是:%s" % (inner.group(),str(ret)))
        #flag = True
      # 没有括号时计算
      else:
        ret = calc_contrl(calc_input)
        print("最终计算结果为:%s"% ret)
        #结束计算标志
        flag = False
  except:
    print("你输入的公式有误请重新输入!")

此外,推荐几款由JavaScript实现的计算工具供参考借鉴:

在线一元函数(方程)求解计算工具: http://tools.jb51.net/jisuanqi/equ_jisuanqi

科学计算器在线使用_高级计算器在线计算: http://tools.jb51.net/jisuanqi/jsqkexue

在线计算器_标准计算器: http://tools.jb51.net/jisuanqi/jsq

补充资料:

Python正则表达式速查表:

模式 描述
^ 匹配字符串的开头
$ 匹配字符串的末尾。
. 匹配任意字符,除了换行符,当re.DOTALL标记被指定时,则可以匹配包括换行符的任意字符。
[...] 用来表示一组字符,单独列出:[amk] 匹配 'a','m'或'k
[^...] 不在[]中的字符:[^abc] 匹配除了a,b,c之外的字符。
re* 匹配0个或多个的表达式。
re+ 匹配1个或多个的表达式。
re? 匹配0个或1个由前面的正则表达式定义的片段,非贪婪方式
re{ n}
re{ n,} 精确匹配n个前面表达式。
re{ n, m} 匹配 n 到 m 次由前面的正则表达式定义的片段,贪婪方式
a| b 匹配a或b
(re) G匹配括号内的表达式,也表示一个组
(?imx) 正则表达式包含三种可选标志:i, m, 或 x 。只影响括号中的区域。
(?-imx) 正则表达式关闭 i, m, 或 x 可选标志。只影响括号中的区域。
(?: re) 类似 (...), 但是不表示一个组
(?imx: re) 在括号中使用i, m, 或 x 可选标志
(?-imx: re) 在括号中不使用i, m, 或 x 可选标志
(?#...) 注释.
(?= re) 前向肯定界定符。如果所含正则表达式,以 ... 表示,在当前位置成功匹配时成功,否则失败。但一旦所含表达式已经尝试,匹配引擎根本没有提高;模式的剩余部分还要尝试界定符的右边。
(?! re) 前向否定界定符。与肯定界定符相反;当所含表达式不能在字符串当前位置匹配时成功
(?> re) 匹配的独立模式,省去回溯。
\w 匹配字母数字
\W 匹配非字母数字
\s 匹配任意空白字符,等价于 [\t\n\r\f].
\S 匹配任意非空字符
\d 匹配任意数字,等价于 [0-9].
\D 匹配任意非数字
\A 匹配字符串开始
\Z 匹配字符串结束,如果是存在换行,只匹配到换行前的结束字符串。c
\z 匹配字符串结束
\G 匹配最后匹配完成的位置。
\b 匹配一个单词边界,也就是指单词和空格间的位置。例如, 'er\b' 可以匹配"never" 中的 'er',但不能匹配 "verb" 中的 'er'。
\B 匹配非单词边界。'er\B' 能匹配 "verb" 中的 'er',但不能匹配 "never" 中的 'er'。
\n, \t, 等. 匹配一个换行符。匹配一个制表符。等
\1...\9 匹配第n个分组的子表达式。
\10 匹配第n个分组的子表达式,如果它经匹配。否则指的是八进制字符码的表达式。

另外,再提供两款实用的正则表达式工具供参考使用:

JavaScript正则表达式在线测试工具: http://tools.jb51.net/regex/javascript

正则表达式在线生成工具: http://tools.jb51.net/regex/create_reg

更多关于Python的相关内容,可查阅本站专题:《Python数学运算技巧总结》、《Python正则表达式用法总结》、《Python数据结构与算法教程》、《Python函数使用技巧总结》、《Python字符串操作技巧汇总》及《Python入门与进阶经典教程》

希望本文所述内容能对大家的Python程序设计有所帮助。

免责声明:本文内容仅供参考,不代表本站观点。转载或引用请注明出处。

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