C#简易计算器

本文用于纪念大一下学期的C#语言课程设计。

1.设计目标

    利用逐步求精程序设计思想，设计一简单的计算器模拟程序。它的功能是读入一个表达式，然后计算出它的值。这里表达式是指满足下列要求的简化形式：

    （1）运算符为“+”、“*”；

    （2）运算对象为实数（有小数点或无小数点）；

    （4）表达式以“；”结束。

    例如：2.3*(6+5.7); (3.2+3.6+5)*126; 76*(81+25)+92*(65+31);  都是满足上列要求的表达式。

2.设计思路

    2.1节展示总体实现思路，2.2-2.6节展示2.1节中提到的各要点的实现细节。

2.1总思路

用C#来编写这一程序，采用逐步求精的方法，简易计算器可按以下步骤实现。

第一步：根据课题要求，程序结构可以写为：

Static void Main(string []args)
{
    String temp;         //表达式字符串
    Boolean IsLeave=false;//是否退出系统
    Boolean IsTrue=false;//是否表达式出错
    Double Value;//表达式的值
 
    "系统欢迎使用界面"
    IsLeave="询问是否离开系统的结果";
 
    While(!IsLeave)
     {
         "初始化相关的变量";
         Temp="读入正确的表达式字符串";
         IsTrue="判断表达式正误";
          if(IsTrue)
        {
             Value="求出temp表达式的值"；
             "打印Value的值"。
        }
         Else
        {
             "打印“出错”信息";
        }
     }
}

2.2 系统欢迎使用界面实现

2.3 “询问是否离开系统”实现

提供退出的按钮，点击之后弹出弹窗，让用户选择确认，确认之后即可退出系统；未点击默认不退出，isLeave=false;
{
Boolean isClicked=false;
If(isClicked)
{
    弹出弹窗；
    DialogResult result=弹窗上的选择；
    If(result)
    {
        退出系统；
    }
}
}

2.4读入正确的表达式

1）保证表达式的正确，需要遵循如下规则：

符号说明：Exp ：表达式，Ele：因数，Dig：数字,UnDig:正整数

Exp->Ele|(Exp)|Exp+Exp|Exp*Exp

Ele->UnDig|UnDig.UnDig

UnDig->Dig|0|DigUnDig|UnDig 0

Dig->1|2|3|4|5|6|7|8|9

2）框架：（采用边读边判断的思想，使用一个文本框来存储读入的部分表达式，文本框S；
{

Char Former="判断并读入正确的首字符"；

S=Former;

While(former!=';')

{

    Current="当前读入的与Former适合的字符"；

    Former=Current；

    S+=Former;

}

判断表达式S正误;     //主要判断括号是否匹配

如果正确，temp=该表达式S；

否则，清零重新执行本段程序。

}

3)"判断并读入正确的首字符"

tempChar=点击的字符值；

If(tempChar==数字||tempChar==左括号)

     Former=tempChar;

Else {提示用户本次输入不正确；继续执行本函数；}

   3.1)temp==数字，则是判断是否是数字

       If(temp<='9'&&temp>='0')

             Return true;

       Else return false;

4）"当前读入的与Former适合的字符"

   {

       Bool isSuited=true;

       Char tempChar;

 

       tempChar=点击的字赋值；

       isSuited=”判断与Former字符是否是相适应的“；

       If(!isSuited)

       {

           提醒用户填入了不正确的字符；

           忽略本次读入的字符，继续执行本函数；

        }

   }

4.1）判断与Former字符是否是相适应的

{

     Boolean reValue=true;

     Switch(former)

    {

          Case 数字：   tempChar是否是数字或+或*或小数点或右括号；                              break；

          Case （：     tempChar是否是数字；break；

          Case  ）：      tempChar是否是分号或+或*；break；

          Case 小数点： tempChar是否是数字；break；

          Case +：        tempChar是否是数字或左括号；break；

          Case *：       tempChar是否是数字或左括号；break；

    }

}

2.6 判断表达式正误

由于本输入方法，无法保证输入括号能够匹配，所以还需要专门设置判断表达式的函数。

{
   Stack <char>S;
Char tempChar=读入当前字符；
Boolean hasError=false；
 
While(tempChar未到表达式temp的末尾)
{
Switch(tempChar)
{
   Case 左括号：S.push(tempChar);
   Case 右括号：
        {  
            If(S.count==0)//栈为空
            {
               hasError=true;
               Break;
            }
            char te=S.top();//栈顶元素
            If(te==左括号)
              S.pop();//匹配了栈顶元素
        }
}
tempChar=表达式中的下一个字符；
}
If(S不为空)
     hasError=true;
Return (!hasError);
}

2.6计算表达式的值

求出temp表达式的值：采用堆栈的思想逐步求出表达式的值，利用两个堆栈，一个数字栈，一个符号栈，当遇到数字压入数字栈中，遇到符号与当前栈顶元素比较，如果优先级小于栈顶元素，则取出操作数做计算，结果压入数字栈。这样直至进行到表达式末尾或者符号栈顶为末尾结束符。

{
     数字栈、符号栈；
     While(!表达式末尾||Top(符号栈)不是末尾结束符)
     {
          If(当前元素为数字)
          {
              取出因数放入数字栈中；
              调整表达式指针；
          }
          Else
          {
               Switch(当前元素与Top(符号栈)比较优先级)
               {  Case 小于:计算部分表达式的值;break;
                  Case 相等:取出符号栈顶端元素丢弃
                    调整表达式指针;break;
                  Case 大于:当前元素存入符号栈
                  调整表达式指针。Break;
               }
          }
     }
}
具体细化如下：
{
Stack<double>Num;
Stack<char>Mark;
Int count=0;//count标记执行到的位置

Mark.Push(';'); 

    while (未执行到表达式末尾 || Mark堆栈顶端不是末尾结束符)
    {
                if (当前字符temp[count]==数字)                
               {
                    integer = 从表达式分离出来的因数;
                    Num.Push(integer);
                }
                else
                {
                    char temp = Mark.Peek();//Mark顶端元素
                    Int returnValue = 分析temp[count]与temp的优先级；
                    switch (returnValue)
                    {
                        Case  'X': isTrue = false; break;//出错
                        Case '<': Mark.Push(express[count]); count++;                                         break;
                        Case '=': Mark.Pop(); count++; break;
                        Case '>':
                            {
                                double a = Num.Pop();//本次仅是计算
                                double b = Num.Pop();
                                char c = Mark.Pop();
                                Num.Push(Shared.CalValue(a, b, c, out isTrue));
                                if (isTrue == false)
                                {
                                    break;
                                }
                            }
                            break;
                    }
                }
            }
            if (isTrue == true)
                value = Num.Pop();   
    Return isTrue；
}

3. 类设计

3.1 Input类

本类主要完成输入正确的表达式，

私有变量：

private StringBuilder express;//用于存储输入的表达式

private int count;//用于指明输入的字符串的位置

公有函数：

public Input()；//主要初始化私有变量

public void Clear()//主要清零私有变量

public Boolean SetFirstChar(string s,chara)//实现读入第一个字符，包含特殊情况：首字符是上一次运算的结果

public Boolean GetWheHarmony(char a,char b)//判断即将读入的字符是否正确

public Boolean SetChar(char a)//读入后续字符，当读入"="，判断表达式是否正确，若正确，使之开始调用表达式求值函数

属性：public string Express;//返回私有变量express的值

3.2 Computer类

本类主要完成计算表达式的值，假定输入的表达式是形式正确的。

私有变量：

 private Boolean isTrue;//表示计算中是否出错

 private String express;//记录表达式

 private double value;//记录表达式的值

公有函数：

public Computer(string s)//初始化相关变量

 publicvoid CalExpression()//计算表达式的值

属性：

public Boolean IsTrue;//返回私有变量isTrue的值

public string Express;//传递相关值给私有变量express

public double Value;//获取私有变量value的值

3.3 Shared类

本类包含上述两个类需要使用到的一些公共函数,全部被申明为static静态函数。

public static Boolean JudgeInteger(char a)/判断D是否是数字

public static Boolean JudgeChar(char a)//判断a是否是非数字类字符

public static char CalPriority(char a, charb)//计算优先级

public static double CalValue(double a,double b, char c, out Boolean wheTrue)

//计算只含两个操作数的表达式的值

private static Boolean InMark(char temp)//判断temp是否是运算符

public static double ReadNum(string s, intlocation, out int count)//在字符串中读出一个因数

public static Boolean JudgeExpression(strings)//判断表达式是否出错，主要检测括号是否匹配

3.4 界面类CalculatorWindow

私有变量：

一些列关于界面的类对象；

 private Input input = new Input();//输入类对象

 private Computer computer;//计算类对象

 private Boolean hasFirst = false;//是否已经输入

公有函数

private void Initial()//初始化变量

private void InputProcessError(char temp)//字符出错，通知用户

private void Error(string s)//表达式出错，通知用户

private void PrintValue(string expr,doublevalue)//打印结果

private void In(string s,char tempChar)//输入一个字符

private void Btn_Click(objectsender,EventArgs e)//键盘上的按键点击

private void Back_Click(object sender,EventArgs e)//点击Back退格键

private void Power_Click(object sender,EventArgs e)//点击关闭

private void Clear_Click(object sender,EventArgs e)//点击清零

4. 实现结果

优点：

1）满足课题全部要求

2）支持循环使用前一步骤执行的结果

3）同时支持多层括号，具体如下：

缺点：

1）不支持键盘输入

2）不支持光标移动输入（计算器无法做到此功能，因为无法判断表达式的正误）