作业基本信息
| 这个作业属于哪个课程 | <2301-计算机学院-软件工程> |
|---|---|
| 这个作业要求在哪里 | 软件工程实践第一次作业 |
| 这个作业的目标 | <完成一个具有可视化界面的计算器> |
| 其他参考文献 | tkinter教程 Math库 |
| PSP | Personal Software Process Stages | 预估耗时（分钟） | 实际耗时（分钟） |
|---|---|---|---|
| Planning | 计划 | 10 | 15 |
| • Estimate | • 估计这个任务需要多少时间 | 10 | 15 |
| Development | 开发 | 410 | 570 |
| • Analysis | • 需求分析 (包括学习新技术） | 120 | 80 |
| • Design Spec | • 生成设计文档 | 20 | 10 |
| • Design Review | • 设计复审 | 30 | 20 |
| • Coding Standard | • 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) | 15 | 20 |
| • Design | • 具体设计 | 20 | 30 |
| • Coding | • 具体编码 | 180 | 200 |
| • Code Review | • 代码复审 | 15 | 20 |
| • Test | • 测试（自我测试，修改代码，提交修改） | 40 | 30 |
| Reporting | 报告 | 160 | 180 |
| • Test Repor | • 测试报告 | 70 | 80 |
| • Size Measurement | • 计算工作量 | 40 | 30 |
| • Postmortem & Process Improvement Plan | • 事后总结, 并提出过程改进计划 | 50 | 70 |
| 合计 | 610 | 785 |
- 本次作业是使用Python和tkinter库来实现具有可视化界面的计算器。
- 创建图形化界面： 通过tkinter库创建了一个GUI窗口，同时创建显示数学表达式的标签、输入数学表达式和显示算式结果的文本框和一个包含数字、运算符的按钮网格，每个按钮都与一个函数相关，单击按钮时调用改命令。
- 数学表达式计算： 本次作业中花费时间最多是在实现复杂数学表达式的计算，通过查阅相关资料，我将输入的数学表达式进行拆分，然后使用两个堆栈（一个用于运算符，一个用于数字）来解析和计算表达式。
类 class CalculatorApp：
表示主应用程序窗口。它初始化图形化窗口，并创建了计算器所需的部件和实现一些基本功能
- 窗口布局
layout 方法用于初始化计算器的用户界面，经创建了一个标签（Label）来显示计算结果和一个文本框（Entry）来接收输入，然后通过循环创建了一个按钮矩阵，并为每个按钮关联了相应的功能。
def layout(self):
#初始化界面
self.screen = tk.Label(self.root, width=31, height=2, bg='#BDBDBD', anchor='center',
textvariable=self.calculatation_formula,relief = 'sunken', font=('微软雅黑', 17))
self.screen.grid(row=0, columnspan=6,pady=(5,5))
self.entry = tk.Entry(self.root, width=33, bd=3,bg='#F5F5F5', justify="right", font=('微软雅黑', 17),insertbackground="#757575")
self.entry.grid(row=1, columnspan=6, padx=5, pady=5)
myButton = partial(tk.Button, self.root, width=7,height=3,bd=3,pady=10,padx=10, cursor='hand2', activebackground='#B3E5FC',relief='sunken')
#按钮矩阵
buttons = [
('(', '('), (')', ')'), ('^', '^'), ('/', '/'), ('*', '*'),('删除', 'backspace'),
('log', 'log('), (' cos ', 'cos('), ('7', '7'), ('8', '8'), ('9', '9'),('清空', 'clear'),
(' ln ', 'ln('), (' sin ', 'sin('), (' 6 ', '6'), (' 5 ', '5'), ('4', '4'),('+', '+'),
(' e ', 'e'), (' tan ', 'tan('), (' 3 ', '3'), (' 2 ', '2'), ('1', '1'),('-', '-'),
(' √ ', '√('),(' π ', 'π'), (' % ', '%'), (' 0 ', '0'), (' . ', '.'), (' \n = \n ', 'calculate')
]
row = 2
col = 0
#按钮关联对应功能
for (text, command) in buttons:
if text == ' \n = \n ':
button = myButton(text=text, command=lambda cmd=command: self. get_result(),bg='#BDBDBD')
button.grid(row=row, column=col)
else:
button = myButton(text=text, command=lambda cmd=command: self.input(cmd),bg='#F5F5F5',font=('微软雅黑',9))
button.grid(row=row, column=col)
col += 1
if col > 5:
col = 0
row += 1- 处理输入的字符
根据用户点击的按钮，执行不同的操作。如果 argu 是 "backspace"，则删除最后一个字符；如果是 "clear"，则清空文本框；否则，在文本框中插入 argu。
def input(self, argu):
formula = self.entry.get()
if argu == 'backspace':
self.backspace()
elif argu == 'clear':
self.clear()
else:
self.entry.insert(tk.INSERT, argu)- 点击'='式计算结果
计算结果：获取文本框中的输入表达式。将表达式传递给calculate 函数进行计算。如果计算成功，清空文本框并将计算结果插入到文本框中，并将计算结果显示在标签上。如果计算失败，清空文本框并显示"出错"。
def get_result(self):
try:
formula = self.entry.get()
result = calculate(expression_format(formula))
self.clear()
self.entry.insert(tk.END, result)
self.calculatation_formula.set(''.join(formula + '='))
except Exception as e:# 捕获更具体的异常，以便排除错误
self.clear()
self.entry.insert(tk.END, '出错')- 将公式字符串拆分为标记方便后续计算
将字符串分割成多个部分,创建一个空列表 final_expression 用于存储最终的表达式列表,迭代处理分割后的部分。
def expression_format(expression):
expression = re.sub(' ', '', expression)
expression_parts = re.split('(-[\d+,π,e]\.?\d*)', expression)
expression_list = [part for part in expression_parts if part]
final_expression = []
for item in expression_list:
if len(final_expression) == 0 and re.match('-[\d+,π,e]\.?\d*$', item):
final_expression.append(item)
continue
if len(final_expression) > 0 and re.match('[\+\-\*\/\(\)\%\^\√]$', final_expression[-1]):
final_expression.append(item)
continue
item_parts = re.split('([\+\-\*\/\(\)\%\^\√])', item)
final_expression += [part for part in item_parts if part]
return final_expression- 结果计算
初始化一个空的数字栈 num_stack 和一个空的运算符栈 op_stack，用于在计算过程中存储数字和运算符。遍历输入的表达式列表 list 中的每个元素 item。 对于每个元素 item，首先检查它是否是运算符（使用 is_operator(item) 函数）。 1、如果不是运算符，则将其视为数字或特殊常数（如π和e） 2、如果 item 是运算符，进入循环， （1）如果运算符栈 为空，或者运算符栈顶的运算符的优先级低于当前运算符，则将 item 压入运算符栈 （2）如果运算符栈顶的运算符的优先级高于等于当前运算符，或者是'√'、'sin' 等，则从运算符栈 弹出一个运算符，并从数字栈 弹出两个数值进行计算，然后将计算结果压入数字栈 num_stack。 （3）如果当前运算符是一元运算符（如 '√'、'sin' 等），则将其压入运算符栈。 循环结束后，如果运算符栈 中还有剩余的运算符，依次从运算符栈中弹出运算符，并从数字栈 弹出两个数值进行计算，然后将计算结果压入数字栈 。 最后，将数字栈 中的最终结果转换为字符串，然后将结果返回。
def calculate(list):
num_stack = []
op_stack = []
for item in list:
operator = is_operator(item)
if not operator:
if item == 'π':
num_stack.append(pi)
elif item == '-π':
num_stack.append(-pi)
elif item == 'e':
num_stack.append(e)
elif item == '-e':
num_stack.append(-e)
else:
num_stack.append(float(item))
else:
while True:
if len(op_stack) == 0:
op_stack.append(item)
break
tag = rate(op_stack[-1], item)
if tag == -1:
op_stack.append(item)
break
elif tag == 0:
op_stack.pop()
calculate2(op_stack, num_stack)
break
elif tag == 1:
if item in ['√', 'sin', 'cos','tan','log','ln']:
op_stack.append(item)
break
op = op_stack.pop()
num2 = num_stack.pop()
num1 = num_stack.pop()
num_stack.append(calculate1(float(num1), float(num2), op))
while len(op_stack) != 0:
op = op_stack.pop()
num2 = num_stack.pop()
num1 = num_stack.pop()
num_stack.append(calculate1(float(num1), float(num2), op))
result = str(num_stack[0])
if result.endswith('.0'):
result = result[:-2]
return result-
加减乘除运算
-
三角函数、对数等运算
-
删除、清空功能
当用户输入错误的表达式时会通过输出错误及时提醒用户
- 案例1：除数为0
- 案例2：三角函数等运算时为加右括号
-
- 处理代码
try:
formula = self.entry.get()
result = calculate(expression_format(formula))
self.clear()
self.entry.insert(tk.END, result)
self.calculatation_formula.set(''.join(formula + '='))
except Exception as e:# 捕获更具体的异常，以便排除错误
self.clear()
self.entry.insert(tk.END, '出错')