Python计算器模拟eval表达式求值完整代码实现解析

先来谈谈这个项目的初衷：目标是实现一个类似于Python内置eval函数的功能，能够处理包含括号、加减乘除的复杂算术表达式，从而提供一个简洁的计算器工具。当然，这里不涉及安全性和性能的考虑，纯粹是为了练习递归算法和数据处理技巧。

整体思路非常清晰，核心可以分为三个步骤：首先，利用正则表达式将原始字符串拆分成列表，方便逐项处理——将数字、运算符和括号分别提取出来。其次，采用递归方式逐步去除最内层的括号，一层层向外剥离，直到整个表达式不再包含括号。这一步需要妥善处理符号粘连的问题，例如- -或 -等情况。最后，在没有括号的表达式上，先进行乘除运算，再进行加减运算，最终得到计算结果。

关键难点在于括号的剥离方式。不能简单使用index()来查找左括号，因为index总是返回第一个匹配项，而不是当前遇到的那个。因此需要自行维护一个计数器count，在遍历列表时记录左括号的索引，直到遇到第一个右括号，然后切片取出中间部分，计算后替换回原列表中的相应位置。每次替换后触发递归，直至所有括号被消除。

替换后很可能出现-或- -这类多余的符号，因此需要专门编写一个change()函数来处理：检测到连续两个减号时合并成一个加号（正负抵消），类似地处理空格与加减号并存的情况。这个函数在递归过程中以及乘除运算后都需要调用。

乘除运算同样采用递归思路：从左到右遍历列表，遇到*或/时就计算相邻的两个数，然后用结果替换左操作数，删除操作符和右操作数，接着递归调用自身，直到没有乘除符号。需要注意操作数为负数（即* -形式）时的符号处理。

加减运算相对简单，直接遍历列表累加即可，但需注意第一个元素可能是负号。最终根据结果的正负返回不同格式的列表（正数直接返回字符串，负数则返回['-', str(-sum)]形式）。

整个流程通过calculate()函数判断是否包含乘除或加减运算，自动调用对应的处理函数；而simplify()函数负责递归剥除括号；最终calculator()主函数完成字符串格式化、去括号、计算并返回浮点数结果。

以下是完整代码实现，请注意正则表达式拆分时的细节以及符号处理中的边界情况：

import re

def eq_format(eq):
    '''
    将算术字符串拆分为列表，例如 '1-2*3' -> ['1','-','2','*','3']
    '''
    format_list = re.findall(r'[\d.]+|[()+\-*/]', eq)
    return format_list

def change(eq, count):
    '''
    处理列表中连续出现的 '-', '- -' 等符号问题
    比如 ['-', '-', '2'] -> ['+', '2']
    '''
    if eq[count] == '-':
        if eq[count-1] == '-':
            eq[count-1] = '+'
            del eq[count]
        elif eq[count-1] == '+':
            eq[count-1] = '-'
            del eq[count]
    return eq

def deal_multiplication_division(eq):
    '''
    递归处理所有乘除运算
    '''
    count = 0
    while count < len(eq):
        if eq[count] == '*':
            if eq[count+1] != '-':
                eq[count-1] = float(eq[count-1]) * float(eq[count+1])
                del eq[count]
                del eq[count]
            else:
                eq[count] = float(eq[count-1]) * float(eq[count+2])
                eq[count-1] = '-'
                del eq[count+1]
                del eq[count+1]
                eq = change(eq, count-1)
            return deal_multiplication_division(eq)
        elif eq[count] == '/':
            if eq[count+1] != '-':
                eq[count-1] = float(eq[count-1]) / float(eq[count+1])
                del eq[count]
                del eq[count]
            else:
                eq[count] = float(eq[count-1]) / float(eq[count+2])
                eq[count-1] = '-'
                del eq[count+1]
                del eq[count+1]
                eq = change(eq, count-1)
            return deal_multiplication_division(eq)
        count += 1
    return eq

def deal_plus_minus(eq):
    '''
    处理加减运算，返回最终结果的列表形式
    '''
    if eq[0] != '-':
        total = float(eq[0])
    else:
        total = 0.0
    count = 0
    for i in eq:
        if i == '-':
            total -= float(eq[count+1])
        elif i == '+':
            total += float(eq[count+1])
        count += 1
    if total >= 0:
        return [str(total)]
    else:
        return ['-', str(-total)]

def calculate(s_eq):
    '''
    不带括号的列表，先乘除后加减
    '''
    if '*' in s_eq or '/' in s_eq:
        s_eq = deal_multiplication_division(s_eq)
    if '+' in s_eq or '-' in s_eq:
        s_eq = deal_plus_minus(s_eq)
    return s_eq

def simplify(format_list):
    '''
    递归去除所有括号
    '''
    bracket = 0
    count = 0
    while count < len(format_list):
        if format_list[count] == '(':
            bracket = count
        elif format_list[count] == ')':
            temp = format_list[bracket+1 : count]
            new_temp = calculate(temp)
            format_list = format_list[:bracket] + new_temp + format_list[count+1:]
            format_list = change(format_list, bracket)
            return simplify(format_list)
        count += 1
    return format_list

def calculator(eq):
    format_list = eq_format(eq)
    s_eq = simplify(format_list)
    ans = calculate(s_eq)
    if len(ans) == 2:
        return -float(ans[1])
    else:
        return float(ans[0])

if __name__ == '__main__':
    equation = '1-2*((60-30+(-40/5)*(9-2*5/3+7/3*99/4*2998+10*568/14))-(-4*3)/(16-3*2))'
    ans = calculator(equation)
    print('eval运算结果：', eval(equation))
    print('程序运算结果:', ans)

参考链接：
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