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如何用C++实现计算器项目控制台四则运算开发过程

P粉602998670

发布： 2025-08-13 18:13:01

原创

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是，用c++++实现一个支持四则运算、括号、小数、负数和运算符优先级的控制台计算器是初学者练手的好项目，可通过递归下降解析法实现，核心思路是将表达式分层为expression（处理加减）、term（处理乘除）和factor（处理数字、括号和负数），利用递归函数按优先级解析输入，结合跳过空白字符、字符串转数字、括号匹配和除零检测等机制，最终在main函数中循环读取用户输入并输出计算结果，完整代码包含错误处理和测试用例，可进一步扩展支持更多运算符或图形界面，是一个涵盖词法分析、语法解析和异常处理的综合性基础练习。

如何用C++实现计算器项目控制台四则运算开发过程

用C++实现一个控制台四则运算计算器，是一个非常适合初学者练手的项目。它能帮助你掌握基础语法、输入处理、字符串解析和简单的错误处理。下面我来一步步介绍开发过程和关键实现思路。

一、项目目标

实现一个简单的控制台程序，用户输入类似

3 + 5 * 2

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的表达式，程序能正确计算并输出结果（注意运算优先级），支持加减乘除四则运算，支持小数和负数。

二、基本设计思路

由于要处理运算符优先级（乘除优先于加减），不能简单从左到右计算。我们可以采用以下两种常见方式之一：

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中缀表达式转后缀（逆波兰） + 栈计算
递归下降解析器（推荐，更直观）

这里我们采用递归下降法，结构清晰，适合初学者理解。

三、核心代码结构

我们将表达式按优先级分层处理：

```
expression()
```
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：处理加减（最低优先级）
```
term()
```
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：处理乘除（中等优先级）
```
factor()
```
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：处理数字、括号、负数（最高优先级）

四、完整代码实现

#include <iostream>
#include <string>
#include <cctype>
#include <stdexcept>

class Calculator {
private:
    std::string input;
    size_t pos;

    // 跳过空白字符
    void skip_whitespace() {
        while (pos < input.length() && std::isspace(input[pos])) {
            pos++;
        }
    }

    // 解析数字（支持小数和负数）
    double parse_number() {
        size_t start = pos;
        if (input[pos] == '-' || input[pos] == '+') {
            pos++;
        }
        while (pos < input.length() && std::isdigit(input[pos])) {
            pos++;
        }
        if (pos < input.length() && input[pos] == '.') {
            pos++;
            while (pos < input.length() && std::isdigit(input[pos])) {
                pos++;
            }
        }
        return std::stod(input.substr(start, pos - start));
    }

    // factor -> number | ( expression ) | -factor | +factor
    double factor() {
        skip_whitespace();

        if (pos >= input.length()) {
            throw std::runtime_error("Unexpected end of input");
        }

        char c = input[pos];

        if (c == '(') {
            pos++;
            double result = expression();
            skip_whitespace();
            if (pos >= input.length() || input[pos] != ')') {
                throw std::runtime_error("Missing closing parenthesis");
            }
            pos++;
            return result;
        } else if (c == '-') {
            pos++;
            return -factor();
        } else if (c == '+') {
            pos++;
            return factor();
        } else if (std::isdigit(c) || c == '.') {
            return parse_number();
        } else {
            throw std::runtime_error("Invalid character: " + std::string(1, c));
        }
    }

    // term -> factor * term | factor / term | factor
    double term() {
        double left = factor();

        while (true) {
            skip_whitespace();
            if (pos >= input.length()) break;

            char op = input[pos];
            if (op == '*' || op == '/') {
                pos++;
                double right = factor();
                if (op == '*') {
                    left *= right;
                } else {
                    if (std::abs(right) < 1e-10) {
                        throw std::runtime_error("Division by zero");
                    }
                    left /= right;
                }
            } else {
                break;
            }
        }

        return left;
    }

    // expression -> term + expression | term - expression | term
    double expression() {
        double left = term();

        while (true) {
            skip_whitespace();
            if (pos >= input.length()) break;

            char op = input[pos];
            if (op == '+' || op == '-') {
                pos++;
                double right = term();
                if (op == '+') {
                    left += right;
                } else {
                    left -= right;
                }
            } else {
                break;
            }
        }

        return left;
    }

public:
    double evaluate(const std::string& expr) {
        input = expr;
        pos = 0;
        skip_whitespace();
        if (pos >= input.length()) {
            throw std::runtime_error("Empty expression");
        }
        double result = expression();
        skip_whitespace();
        if (pos < input.length()) {
            throw std::runtime_error("Unexpected characters after expression");
        }
        return result;
    }
};

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五、主函数调用

int main() {
    Calculator calc;
    std::string line;

    std::cout << "简易计算器（输入 'quit' 退出）\n";
    std::cout << "支持 + - * / () 和负数，例如: 3 + 5 * (2 - 1)\n";

    while (true) {
        std::cout << "> ";
        std::getline(std::cin, line);

        if (line == "quit" || line == "exit") {
            break;
        }

        try {
            double result = calc.evaluate(line);
            std::cout << "= " << result << "\n";
        } catch (const std::exception& e) {
            std::cout << "错误: " << e.what() << "\n";
        }
    }

    return 0;
}

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六、关键点说明

递归下降解析：将表达式按优先级拆解，每一层处理对应优先级的运算。
负数处理：在
```
factor()
```
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中识别
```
-
```
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作为负号（而非减号），通过递归处理。
括号支持：在
```
factor()
```
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中处理
```
(...)
```
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，递归调用
```
expression()
```
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。
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