作业：利用正则表达式知识， 编辑一个简单的表达式计算器

开发要求：

　　开发一个简单的python计算器：
　　实现加减乘除及优先级解析；
  
　　用户输入类似这样的表达式： 1 - 2*((60-30 +(-40/5)*(9-2*5/3+7/3*99/4*2998 + 10*568/14))-(-4*3)/(16-3*2))
　　等类似公式后，必须自己解析里面的(),+,-,*,/符号和公式(不能调用eval等类似的功能实现，运算后得出结果)
　　

　　计算结果必须与真实的计算器得出结果一致；

 

1.　　功能分析：
　　　　用户输入一个类似这样 3*( 4+ 50 )-(( 100 + 40 )*5/2- 3*2* 2/4+9)*((( 3 + 4)-4)-4) 这样的表达式，
　　　　假设表达式里面除了包含空格、'+'、'-'、'*'、'/'和括号再无其他特殊符号，
　　　　然后自己动手写代码解析其中的表达式，实现加减乘除，
　　　　最后得出的结果与真实的计算机所算的结果必须一致。
 
2. 　　所需要的知识点：
　　　　1>　　字符串的处理;
　　　　2>　　正则表达式的运用;
　　　　3>　　函数递归;

 

3. 　　程序实现流程分析：
　　　　1>　　用正则表达式处理字符串，只提取其中的数字和运算符，并转换成列表
　　　　2>　　编写一个函数，处理没有括号的基本运算的基本表达式
　　　　3>　　再写一个函数递归处理带有括号的函数，先计算最内部括号中的表达式, 然后将最内部的括号替换为计算后的结果, 在递归外部一层的, 最后返回的就是所需的结果
 
4. 　　具体实现过程：

 

 import re, sys

 def input_str():
 　　 """
  　　输入表达式
  　　return: 返回有限的表达式
 　　 """
  　　welcome_str = "超级计算器"
  　　print(welcome_str.center(50,'*'),'\n')  # 输出欢迎界面
  　　while True:
  　　 　　iput = input("请输入你要计算的表达式[q:退出]：").strip()
   　　　　if iput == 'q':  # 退出计算
    　　　　　　sys.exit("bye-bye")
   　　　　elif len(iput) == 0:
    　　　　　　continue
   　　　　else:
    　　　　　　iput = re.sub('\s*', '', iput)  # 去除空格
    　　　　　　return iput

 

def chengchu(expression):
  　　"""
  　　乘除运算
 　　 :param expression: 表达式
  　　:return: 返回没有乘除的表达式/最终的计算结果
 　　 """
  　　val = re.search("\d+\.?\d*[\*\/]+[\+\-]?\d+\.?\d*", expression)            #匹配乘除号，能识别小数点和正负数，类似：['121.121*-121.12', '121/12.223', '3.4*4.5']；

  　　if not val:                                　　　　　　 #如果不存在乘除，就直接返回表达式；
  　　　　 return expression
 　　 else:
   　　　　data = re.search("\d+\.?\d*[\*\/]+[\+\-]?\d+\.?\d*", expression).group()
  　　 if len(data.split("*")) > 1:                                    #以乘号分割
    　　　　part1, part2 = data.split("*")
    　　　　value = float(part1) * float(part2)
   　　else:
    　　　　part1, part2 = data.split("/")
    　　　　if float(part2) == 0:                                    #除数为0则为无效，退出
     　　　　　　sys.exit("除数为0，计算表达式失败！！！")
    　　　　value = float(part1) / float(part2)

 

 　　 s1, s2 = re.split("\d+\.?\d*[\*\/]+[\+\-]?\d+\.?\d*", expression, 1)
 　　 next_expression = "%s%s%s" % (s1, value, s2)
  　　return chengchu(next_expression)

 

def jiajian(expression):
 　　 """
 　　 加减运算
 　　 :param expression: 表达式
 　　 :return: 返回没有计算的加减表达式/最终的计算结果
 　　 """
  　　expression = expression.replace("+-", "-")                  # 替换表达式
 　　 expression = expression.replace("--", "+")                  # 替换表达式
  　　expression = expression.replace("++", "+")                # 替换表达式
  　　expression = expression.replace("-+", "-")                  # 替换表达式

 　　 val = re.search("\-?\d+\.?\d*[\+\-]{1}\d+\.?\d*", expression)         　　# 匹配加减

 　　 if not val:                                                               　　　　　　　　 # 如果不存在乘除，就直接返回表达式；
   　　　　return expression
 　　 else:
   　　　　data = re.search("\-?\d+\.?\d*[\+\-]{1}\d+\.?\d*", expression).group()
   　　　　if len(data.split("+")) > 1:                                    #以乘号分割
    　　　　　　part1, part2 = data.split("+")
   　　　　　　 value = float(part1) + float(part2)
  　　　　 elif data.startswith("-"):                                      #判断是否为负数开头
    　　　　　　part0, part1, part2 = data.split("-")
    　　　　　　value = -float(part1) - float(part2)
   　　　　else:
    　　　　　　part1, part2 = data.split("-")
    　　　　　　value = float(part1) - float(part2)
  　　　s1, s2 = re.split("\-?\d+\.?\d*[\+\-]{1}\d+\.?\d*", expression, 1)
  　　　next_expression = "%s%s%s" % (s1, value, s2)
  　　　return jiajian(next_expression)

 def remove_bracket(expression):
 　　 """
  　　Function: 去小括号运算
  　　:param expression: 表达式
  　　:return: 结果
  　　"""
  　　# 取最小括号内容：
 　　 # 安组匹配，将括号内容按组匹配，过滤内容不存在括号即为最内层括号
 　　 if not re.search(r"\(([^()])+\)", expression):                                   #判断小括号，如果不存在直接计算。
   　　　　ret1 = chengchu(expression)
  　　　　 ret2 = jiajian(ret1)
   　　　　return ret2
  　　else:
   　　　　data = re.search(r"\(([^()]+)\)", expression).group()        #取优先级最高的括号
  　　　　 # '( 4+ 50 )'
   　　　　data = data.strip("[\(\)]")                                                  #去掉括号，格式：strip([chars])
   　　　　# ' 4+ 50 '
   　　　　# 遵守先乘除后加减
   　　　　ret1 = chengchu(data)
   　　　　ret2 = jiajian(ret1)
   　　　　part1, replace_str, part2 = re.split(r"\(([^()]+)\)", expression, 1)
   　　　　expression1 = "%s%s%s" % (part1, ret2, part2)                    # 将小括号的计算结果替换成表达式；
  　　　　 return remove_bracket(expression1)

 if __name__ == "__main__":
  　　try:
   　　　　expression = input_str()
   　　　　# expression = "3*( 4+ 50 )-(( 100 + 40 )*5/2- 3*2* 2/4+9)*((( 3 + 4)-4)-4)"
   　　　　result = eval(expression)                           #用eval计算验证值；
  　　　　 expression = expression.replace(" ", "")            #除了表达式中空格；
   　　　　ret = remove_bracket(expression)                    #用函数计算式得出的记过；
   　　　　result = float(result)
   　　　　ret = float(ret)
  　　　　 if result == ret:                       #比较2种方式的计算结果，正确则输出结果
    　　　　　　print("eval计算结果: %s" % result)
    　　　　　　print("表达式计算结果: %s" % ret)
   　　　　else:                                   #不正确则提示异常，并返回结果
    　　　　　　print("计算结果异常，请重新检查！")
    　　　　　　print("eval计算结果: %s" % result)
    　　　　　　print("表达式计算结果: %s" % ret)
 　　 except(SystemError, NameError, SyntaxError, ValueError, TypeError):
   　　　　print("输入表达式不合法，请重新检查")