python小项目编程-初级（1、计算器）

1. 需求分析

1.1 功能需求

1）支持基本的四则运算：加法（+）、减法（-）、乘法（*）、除法（/）；2）支持多步运算，例如 1 + 2 * 3；3）不支持括号，但运算符优先级遵循数学规则（先乘除，后加减）

1.3 非功能需求

1）提供简单的错误处理，例如除零错误或非法运算表达式输入；2）通过单元测试确保代码的正确性并人工测试保证可用性。

2、设计

2.1 总体设计

1、输入：用户通过命令行输入一个字符串表达式，例如1+2*2，

2、解析输入：将字符串解析为数字和操作符的列表，例如 [1, '+', 2, '*', 2]。

3、计算：先计算乘法和除法（优先级高）再计算加法和减法（优先级低）。

4、结果：返回最终的计算结果。

2.2 模块设计

1、parse_expression模块：将输入的字符串解析为数字和操作符的列表。使用正则表达式提取数字和操作符

2、calculate模块：按照运算符优先级计算表达式先处理乘和法，再处理加和减。

3、main模块：接收用户输入，处理输入异常，调用解析和计算模块，输出结果
 

2.3 数据结构

使用列表存储解析后的表达式，例如 [1, '+', 2, '*', 3]。

2.4 错误处理

检查除零错误。检查非法输入进行输入规则校验保证合法输入，对非法输入抛出异常。使用正则表达式pattern来验证输入的表达式格式。正则表达式的规则确保了表达式只包含数字、运算符和括号，并且遵循正确的格式。如果输入不符合规则，抛出ValleError异常，并给出相应的错误提示。

实现

3.1 代码实现

import re

def parse_expression(expression):
    """
    将表达式字符串解析为数字和操作符的列表。
    例如："1+2*3" -> [1, '+', 2, '*', 3]
    """
    # 使用正则表达式匹配数字和操作符
    
    tokens = re.findall(r'\d+|\+|\-|\*|\/', expression)
    # 将数字转换为整数或浮点数
    for i, token in enumerate(tokens):
        if token.isdigit():
            tokens[i] = int(token)
    return tokens

def calculate(tokens):
    """
    计算解析后的表达式列表。
    处理乘法和除法的优先级。
    """
    # 先处理乘法和除法
    i = 0
    while i < len(tokens):
        if tokens[i] == '*':
            tokens[i - 1] = tokens[i - 1] * tokens[i + 1]
            del tokens[i:i + 2]
        elif tokens[i] == '/':
            tokens[i - 1] = tokens[i - 1] / tokens[i + 1]
            del tokens[i:i + 2]
        else:
            i += 1

    # 再处理加法和减法
    result = tokens[0]
    i = 1
    while i < len(tokens):
        if tokens[i] == '+':
            result += tokens[i + 1]
        elif tokens[i] == '-':
            result -= tokens[i + 1]
        i += 2

    return result

def main():
    
    print("支持的运算：加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)")
    print("输入 'exit' 退出计算器")
    pattern = r'^\s*[\d]+(\.\d+)?(\s*[\+\-\*\/]\s*[\d]+(\.\d+)?)*\s*$'
    
    while True:
        expression = input("请输入表达式（例如 1+2*3）：")
        if expression.lower() == 'exit':
            print("感谢使用，再见！")
            break
        try:
            if not re.match(pattern, expression):
                raise ValueError("输入格式错误，请确保只包含数字、运算符，并遵循正确的格式。")
            tokens = parse_expression(expression)
            result = calculate(tokens)
            print(f"结果: {result}")
        except Exception as e:
            print(f"输入错误：{e}")
if __name__ == "__main__":
    main()

测试：

测试用例

UT单元测试

import unittest
from calculator import parse_expression, calculate

class TestCalculator(unittest.TestCase):
    def test_parse_expression(self):
        self.assertEqual(parse_expression("1+2*3"), [1, '+', 2, '*', 3])
        self.assertEqual(parse_expression("10-4/2"), [10, '-', 4, '/', 2])

    def test_calculate(self):
        self.assertEqual(calculate([1, '+', 2, '*', 3]), 7)
        self.assertEqual(calculate([10, '-', 4, '/', 2]), 8.0)
        with self.assertRaises(ValueError):
            calculate([10, '/', 0])

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()