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。
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
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()
：处理加减（最低优先级）
-
term()
：处理乘除（中等优先级）
-
factor()
：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; } };
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; }
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()
中识别
-
作为负号（而非减号），通过递归处理。
- 括号支持：在
factor()
中处理
(...)
，递归调用
expression()
。
- 错误处理：对除零、括号不匹配、非法字符等给出提示。
- 空格跳过：提升用户体验，允许输入带空格。
七、测试用例
你可以测试以下表达式：
-
3 + 5 * 2
→ 13
-
(3 + 5) * 2
→ 16
-
-3 + 4
→ 1
-
10 / -2
→ -5
-
3.5 + 2.1 * 2
→ 7.7
八、扩展建议
- 支持更多运算符（如幂运算
^
）
- 添加变量支持（用
std::map
存储）
- 支持函数调用（如
sin(30)
）
- 改造成图形界面（结合 Qt 或其他库）
基本上就这些。这个项目不复杂，但涵盖了词法分析、语法解析、异常处理等核心编程技巧，是学习C++的好起点。
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