張會(huì)

摘要：該文利用 Qt框架，應(yīng)用Qt信號(hào)槽機(jī)制實(shí)現(xiàn)了一個(gè)帶括號(hào)的加減乘除的四則混合運(yùn)算功能的計(jì)算器。該計(jì)算器是一個(gè)集繼承、圖形界面、事件處理等面向?qū)ο缶幊讨R(shí)的綜合應(yīng)用的實(shí)例程序。

關(guān)鍵詞：Qt；后綴表達(dá)式； 計(jì)算器；C++

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）32-0276-03

1 背景

Windows系統(tǒng)的“標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算器”只能實(shí)現(xiàn)不判斷優(yōu)先級(jí)的簡(jiǎn)單的加減乘除計(jì)算，而不能正確實(shí)現(xiàn)帶括號(hào)的四則混合計(jì)算，該文利用Qt圖形庫(kù)，采用C++語(yǔ)法規(guī)則，在Qt Creator集成開發(fā)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于Qt的計(jì)算器，此計(jì)算器能幫助學(xué)生進(jìn)一步理解C++中的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想。

2 Qt的特點(diǎn)

Qt被用于高性能的跨平臺(tái)軟件開發(fā)，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)成熟的C++框架，Qt不僅擁有擴(kuò)展的C++類庫(kù)，還提供了大量可用來(lái)快速編寫應(yīng)用程序的工具[1] ，Qt是采用C++實(shí)現(xiàn)的框架。 Qt Creator是一款新的輕量級(jí)集成開發(fā)環(huán)境（IDE）， IDE支持跨平臺(tái)運(yùn)行，支持的系統(tǒng)包括 Mac OS X 、Linux（ 32 位 及 64 位） 以及Windows等系統(tǒng)。Qt Creator的設(shè)計(jì)目標(biāo)是方便開發(fā)人員利用 Qt這個(gè)應(yīng)用程序框架更加快速、輕易地完成相關(guān)開發(fā)任務(wù)[2]。

3 功能設(shè)計(jì)

計(jì)算器主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：

1）輸入包含括號(hào)的四則混合運(yùn)算計(jì)算式。

2）單擊等號(hào)按鈕自動(dòng)按先計(jì)算乘除再計(jì)算加減，有括號(hào)先計(jì)算括號(hào)的計(jì)算原則進(jìn)行四則混合運(yùn)算功能。

3）退格功能， 單擊退格按鈕，實(shí)現(xiàn)把輸入的計(jì)算表達(dá)式最后一個(gè)數(shù)字或運(yùn)算符刪除，以實(shí)現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤輸入的內(nèi)容刪除后進(jìn)行修改。

4）清空功能，單擊C清空按鈕，可以直接將輸入的所有內(nèi)容清除掉，而不需要用退格鍵逐一刪除，

5）小數(shù)點(diǎn)只能輸入一次，當(dāng)一個(gè)小數(shù)已經(jīng)輸入了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)后，此數(shù)無(wú)法再輸入一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，從而保證小數(shù)點(diǎn)在一個(gè)小數(shù)中的唯一性。

6）計(jì)算完一次結(jié)果后，當(dāng)重新輸入計(jì)算表達(dá)式想實(shí)現(xiàn)再次計(jì)算時(shí)，會(huì)自動(dòng)把前一次的結(jié)果直接清除掉，而不需要單擊清空按鈕清除上次計(jì)算結(jié)果后再計(jì)算。

7）計(jì)算器的健壯性， 如對(duì)除數(shù)是否為0進(jìn)行判斷。

8）具有較好的人機(jī)交互界面， 如單擊C清空按鈕及剛運(yùn)行計(jì)算器時(shí)，單行文本框內(nèi)顯示“0” 。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 界面設(shè)計(jì)

通過(guò)在Qt Creater環(huán)境中新建一個(gè)Qt Widgets Application應(yīng)用程序，并新建一個(gè)繼承于QMainWindow類的Computer窗口類，在Qt Creater界面設(shè)計(jì)器中加入一個(gè)單行文本框QLineEdit控件computEdit對(duì)象及5行4列的20個(gè)QPushButton按鈕控件，每個(gè)按鈕對(duì)象的text屬性設(shè)置為0-9數(shù)字、+-*/運(yùn)算符、左右括號(hào)、退格、C、小數(shù)點(diǎn)和=值，界面效果如圖1所示。

4.2 成員變量的定義

其中expression用于存放通過(guò)按鈕所輸入的計(jì)算表達(dá)式，如圖1中的computEidt對(duì)象中的：4*（3-2*3）-10/2.5=。resultExpression用于存放包含計(jì)算結(jié)果的表達(dá)式，如圖1中的computEidt對(duì)象中的4*（3-2*3）-10/2.5=-16。把expression中的中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)換為后綴表達(dá)式后存放于list變量中。利用棧的先進(jìn)后出的原則把運(yùn)算符及后綴表達(dá)式中的各運(yùn)算暫數(shù)放于stack變量中。

4.3 計(jì)算表達(dá)式的生成

而在Qt中為了能實(shí)現(xiàn)事件處理如鼠標(biāo)左鍵單擊事件，可以通過(guò)對(duì)控件的信號(hào)函數(shù)添加槽函數(shù)，當(dāng)單擊圖1的各按鈕時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)click信號(hào)，再在各按鈕的click信號(hào)函數(shù)上添加on_xxxButton_clicked（）槽函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)把數(shù)字、括號(hào)、+-*/.按鈕上的text連接到expression中，再把連接了文本的expression通過(guò)setText（expression）把新生成的expression置于單行文本框computEdit中，以實(shí)現(xiàn)單擊按鈕在computEdit文本框中有相應(yīng)數(shù)字或運(yùn)算符連接追加在其后。如下給出數(shù)字1按鈕的click信號(hào)函數(shù)的槽函數(shù)的代碼，其他按鈕的槽函數(shù)類似。代碼如下：

4.4 計(jì)算功能的實(shí)現(xiàn)

計(jì)算帶括號(hào)的式子，關(guān)鍵是要遵循四則混合運(yùn)算法則：先乘除后加減，有括號(hào)要先計(jì)算括號(hào)內(nèi)表達(dá)式，括號(hào)里的表達(dá)式也要遵循這一原則[3]。要實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜的四則混合運(yùn)算，在文中首先通過(guò)trans（）方法將expression中的中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)換成為后綴表達(dá)式，再使用comput（）方法將存放在list中的后綴表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算得到最終的計(jì)算結(jié)果。因此在computEdit中輸入了計(jì)算表達(dá)式后，當(dāng)單擊“=”按鈕時(shí)，在computEdit中將會(huì)顯示如圖1中所示的計(jì)算結(jié)果，在“=”按鈕的槽函數(shù)中通過(guò)調(diào)用trans（）和comput（）自動(dòng)實(shí)現(xiàn)四則混合計(jì)算。計(jì)算完后，清空stack，list，expression三個(gè)變量中的值，以便再次計(jì)算，若不清空，則這個(gè)三個(gè)變量將會(huì)把上一次的計(jì)算結(jié)果值進(jìn)行二次計(jì)算?！?”按鈕代碼如下：

1）trans（）方法算法描述及實(shí)現(xiàn)

輸入的計(jì)算表達(dá)式存放于expression中，expression中包含數(shù)字及運(yùn)算符，依次取出expression中的字符，若expression開始字符不是運(yùn)算符而是數(shù)字字符串時(shí)則將數(shù)字字符串取出暫存于temp中。若expression中的開始字符是運(yùn)算符，則首先將暫存于temp中的數(shù)字字符串追加入list中，再分析expression中的第一個(gè)運(yùn)算符是 “*、/、（”則將高優(yōu)先級(jí)的運(yùn)算符直接入stack棧。若是“）”則把棧中的運(yùn)算符依次出棧并追加到list后面，形成后綴表達(dá)式，直到“（”出棧，但“（”不追加在list后面，從而達(dá)到將“（）”在后綴表達(dá)式中刪除的目的，再在expression中將起始位置處的“）”刪除。若是“+、-”，則先將stack中的運(yùn)算符依次出棧并追加在list中，直到棧為空，之后再將“+、-”入棧，并移除expression中的首字符。以此方式直到expression為空后，若棧中還有運(yùn)算符則依次將棧中的運(yùn)算符出棧追加在list后面。如有中綴計(jì)算表達(dá)式為：“4*（3-2*3）-10/2.5”，經(jīng)過(guò)上述算法處理后形成于list中的后綴表達(dá)式為：“4 3 2 3 * - * 10 2.5 / -”。代碼實(shí)現(xiàn)如下：

2）comput（）方法算法描述及實(shí)現(xiàn)

將tans（）方法生成的list中存放的元素依次取出入棧stack變量，一旦在入棧的過(guò)程中遇到運(yùn)算符，則將棧頂數(shù)字字符串出棧后轉(zhuǎn)換成數(shù)字后進(jìn)行計(jì)算，為保證計(jì)算的先后順序，將棧頂元素取出的元素順序置于operand2，operand1中，再使用從list中取出的運(yùn)算符進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算的中間結(jié)果result入棧，以備下次計(jì)算。以此為循環(huán)，直到list為空。

4.5 退格按鈕的實(shí)現(xiàn)

在輸入計(jì)算表達(dá)式時(shí)，有可能會(huì)誤輸入，退格功能是用于從所輸入的表達(dá)式中的最后一位開始，每按一次退格鍵，依次從后向前逐個(gè)刪除輸入的數(shù)字或運(yùn)算符。在設(shè)計(jì)算法時(shí)，首先判斷表達(dá)式中的長(zhǎng)度是否為1，若為1，則將computEdit中的值置為0，同時(shí)使用remove（）方法將expression中的唯一這一位字符移除；若computEdit中的表達(dá)式長(zhǎng)度不為1，同時(shí)expression不為空，則使用remove（）方法先將expression中的最后一位移除，再將expression用setText（）置于computEdit中，從而顯示刪除后的計(jì)算表達(dá)式。代碼如下：

4.6 清空按鈕的實(shí)現(xiàn)

清空的目的是直接清除compuEdit中的所有內(nèi)容，以便重新輸入計(jì)算表達(dá)式并計(jì)算，因此在實(shí)現(xiàn)清空按鈕的功能時(shí)，只需要將expression，list，stack置空，將computEdit控件中的內(nèi)容置為0即可，代碼如下：

5 結(jié)束語(yǔ)

該文通過(guò)使用Qt應(yīng)用框架實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互界面的計(jì)算器，采用Qt信號(hào)槽機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的加減乘除及帶括號(hào)的四則混合運(yùn)算功能。該程序是一個(gè)集繼承、圖形界面、事件處理等面向?qū)ο缶幊讨R(shí)的綜合應(yīng)用的實(shí)例程序，通過(guò)對(duì)該程序的理解及掌握，能更好地培養(yǎng)《C++程序設(shè)計(jì)》初學(xué)者面向?qū)ο缶幊趟季S及編程興趣。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】