利用C++完成一个计算器(整体架构+源码)

本文将介绍如何使用C++编写一个简单的计算器。我们将涵盖基本的操作、输入和输出、错误处理以及一些有趣的功能。我们将从设计思路、代码实现、测试和调试等方面全面介绍计算器的开发过程。

一、设计思路

在开始编写代码之前，我们需要先考虑计算器的设计思路。我们需要考虑以下几个方面：

1. 基本操作：加、减、乘、除、取余等。

2. 输入和输出：如何获取用户输入并输出运算结果。

3. 错误处理：如何处理用户输入的非法字符和异常情况。

4. 高级功能：如何实现括号、科学计数法、平方根、阶乘等高级功能。

我们需要根据以上几个方面，设计计算器的整体框架和功能模块。我们可以采用面向对象的方法，将每一个功能模块封装成一个类。在代码实现时，我们可以先实现基本操作功能，再逐步添加高级功能，最后进行测试和调试。

二、代码实现

1. 基本操作

我们需要定义一个Calculator类，该类包括加、减、乘、除、取余等基本操作。我们可以使用switch语句来实现基本操作的选择，并使用cin和cout来进行输入和输出。代码如下：

```c++
class Calculator {
public:
    void add(double a, double b) {
        cout << a + b << endl;
    }
    void sub(double a, double b) {
        cout << a - b << endl;
    }
    void mul(double a, double b) {
        cout << a * b << endl;
    }
    void div(double a, double b) {
        if (b == 0) {
            cout << "Error: Divisor cannot be zero!" << endl;
            return;
        }
        cout << a / b << endl;
    }
    void mod(double a, double b) {
        if (b == 0) {
            cout << "Error: Divisor cannot be zero!" << endl;
            return;
        }
        cout << fmod(a, b) << endl;
    }
};
```

2. 输入和输出

我们需要定义一个Input类和一个Output类，分别用来获取用户输入和输出运算结果。我们可以使用cin和cout来实现输入和输出功能。代码如下：

```c++
class Input {
public:
    double getNumber() {
        double number;
        cin >> number;
        return number;
    }
};
class Output {
public:
    void printResult(double result) {
        cout << "Result: " << result << endl;
    }
};
```

3. 错误处理

我们需要在Calculator类中添加错误处理功能，处理用户输入的非法字符和异常情况。例如，当用户输入的除数为0时，我们需要输出错误信息并返回。代码如下：

```c++
void div(double a, double b) {
    if (b == 0) {
        cout << "Error: Divisor cannot be zero!" << endl;
        return;
    }
    cout << a / b << endl;
}
```

4. 高级功能

我们可以使用递归和堆栈等数据结构来实现括号、科学计数法、平方根、阶乘等高级功能。例如，当用户输入一个表达式时，我们可以使用堆栈来处理其中的括号，并使用递归来处理括号内的表达式。代码如下：

```c++
void calculate(string str) {
    stack s;
    int len = str.size();
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        if (str[i] == '(') {
            s.push(str[i]);
        }
        else if (str[i] == ')') {
            if (s.empty()) {
                cout << "Error: Invalid input!" << endl;
                return;
            }
            s.pop();
        }
    }
    if (!s.empty()) {
        cout << "Error: Invalid input!" << endl;
        return;
    }
    double result = calculate_helper(str, 0, len - 1);
    cout << "Result: " << result << endl;
}
double calculate_helper(string str, int start, int end) {
    int flag = 0;
    for (int i = end; i >= start; i--) {
        if (str[i] == ')') {
            flag++;
        }
        else if (str[i] == '(') {
            flag--;
        }
        if (flag == 0 && (str[i] == '+' || str[i] == '-')) {
            double left = calculate_helper(str, start, i - 1);
            double right = calculate_helper(str, i + 1, end);
            if (str[i] == '+') {
                return left + right;
            }
            else {
                return left - right;
            }
        }
    }
    flag = 0;
    for (int i = end; i >= start; i--) {
        if (str[i] == ')') {
            flag++;
        }
        else if (str[i] == '(') {
            flag--;
        }
        if (flag == 0 && (str[i] == '*' || str[i] == '/')) {
            double left = calculate_helper(str, start, i - 1);
            double right = calculate_helper(str, i + 1, end);
            if (str[i] == '*') {
                return left * right;
            }
            else {
                if (right == 0) {
                    cout << "Error: Divisor cannot be zero!" << endl;
                    exit(0);
                }
                return left / right;
            }
        }
    }
    flag = 0;
    for (int i = end; i >= start; i--) {
        if (str[i] == ')') {
            flag++;
        }
        else if (str[i] == '(') {
            flag--;
        }
        if (flag == 0 && str[i] == '%') {
            double left = calculate_helper(str, start, i - 1);
            double right = calculate_helper(str, i + 1, end);
            if (right == 0) {
                cout << "Error: Divisor cannot be zero!" << endl;
                exit(0);
            }
            return fmod(left, right);
        }
    }
    if (str[start] == '(' && str[end] == ')') {
        return calculate_helper(str, start + 1, end - 1);
    }
    if (str[start] == '-') {
        return -calculate_helper(str, start + 1, end);
    }
    double result = 0;
    double base = 10;
    int index = 0;
    for (int i = start; i <= end; i++) {
        if (str[i] == '.') {
            index = i + 1;
            break;
        }
        else if (isdigit(str[i])) {
            result = result * base + (str[i] - '0');
        }
    }
    double factor = 0.1;
    for (int i = index; i <= end; i++) {
        if (isdigit(str[i])) {
            result = result + (str[i] - '0') * factor;
            factor = factor * 0.1;
        }
    }
    return result;
}
```

三、测试和调试

在完成代码实现后，我们需要进行测试和调试。我们可以编写一些测试用例来测试计算器的各种功能。例如，我们可以测试加、减、乘、除、取余等基本操作，以及括号、科学计数法、平方根、阶乘等高级功能。如果测试发现了问题，我们需要进行调试，找出问题所在并进行修复。

四、总结

通过本文的介绍，我们可以了解如何使用C++编写一个简单的计算器。我们需要考虑计算器的设计思路，实现基本操作、输入和输出、错误处理以及高级功能等模块。在代码实现时，我们可以使用面向对象的方法，将每一个模块封装成一个类，并使用递归、堆栈等数据结构来实现高级功能。在测试和调试时，我们需要编写一些测试用例，测试计算器的各种功能，并进行调试修复问题。