Python基于正则表达式实现计算器功能

1. 引言

计算器是计算机常用的一个功能，通过输入数学表达式，计算器可以帮助我们快速计算并得到结果。Python作为一门强大的编程语言，可以通过正则表达式来实现计算器功能，为用户提供便捷的计算能力。本文将介绍如何使用Python基于正则表达式实现计算器功能。

2. 正则表达式简介

正则表达式是一种用于匹配字符串的强大工具。它可以根据一定的规则，快速地搜索、匹配和替换字符串。在本文中，我们将使用正则表达式来解析用户输入的数学表达式，并进行计算。

3. 实现计算器功能

3.1 用户输入

首先，我们需要获取用户输入的数学表达式。可以使用Python的input函数来实现：

expression = input("请输入要计算的数学表达式：")

用户可以输入任意合法的数学表达式，例如：

3 + 4 * (2 - 1)

3.2 表达式解析

接下来，我们将使用正则表达式来解析用户输入的数学表达式，并得到表达式中的数字和运算符。我们可以使用Python的re模块来操作正则表达式：

import re

# 使用正则表达式解析数字和运算符
pattern = r"(\d+|\+|\-|\*|\/)"
tokens = re.findall(pattern, expression)
# 输出解析结果
print(tokens)

上述代码中，我们定义了一个正则表达式的模式，用于匹配数字和运算符。使用re.findall函数，我们可以找到表达式中的所有匹配项，并存储在tokens列表中。

对于上述示例表达式，解析结果为：

['3', '+', '4', '*', '(', '2', '-', '1', ')']

3.3 进行计算

在得到了数字和运算符的解析结果后，我们可以根据运算符的优先级和结合性，使用栈来实现计算。我们定义两个栈，一个用于存储数字，一个用于存储运算符：

nums = []

ops = []
# 定义运算符的优先级和结合性
precedence = {'+': 1, '-': 1, '*': 2, '/': 2}
associativity = {'+': 'left', '-': 'left', '*': 'left', '/': 'left'}
# 遍历解析结果
for token in tokens:
    # 如果是数字，直接压入数字栈
    if token.isdigit():
        nums.append(int(token))
    # 如果是运算符
    else:
        # 如果运算符栈不为空且栈顶运算符优先级不低于当前运算符
        while ops and precedence[ops[-1]] >= precedence[token]:
            # 弹出栈顶运算符进行计算
            op = ops.pop()
            num2, num1 = nums.pop(), nums.pop()
            if op == '+':
                nums.append(num1 + num2)
            elif op == '-':
                nums.append(num1 - num2)
            elif op == '*':
                nums.append(num1 * num2)
            elif op == '/':
                nums.append(num1 / num2)
        # 将当前运算符压入运算符栈
        ops.append(token)
# 处理剩余运算符
while ops:
    op = ops.pop()
    num2, num1 = nums.pop(), nums.pop()
    if op == '+':
        nums.append(num1 + num2)
    elif op == '-':
        nums.append(num1 - num2)
    elif op == '*':
        nums.append(num1 * num2)
    elif op == '/':
        nums.append(num1 / num2)
# 输出计算结果
result = nums[-1]
print(result)

对于上述示例表达式，计算结果为：

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4. 总结

通过使用Python基于正则表达式实现计算器功能，我们可以快速解析用户输入的数学表达式，并进行计算。正则表达式的强大功能使得代码实现更加简洁高效。希望本文对您理解Python正则表达式和计算器功能有所帮助！