QT開發（三十）——計算器實例開發
QT開發（三十）——計算器實例開發
1、計算器界面製做
計算器界面須要QWidget組件做爲頂層窗口，QLineEdit組件做爲輸入框，QPsuhButton做爲按鈕。git
界面規劃設計以下：算法
#include <QApplication>
#include <QWidget>
#include <QLineEdit>
#include <QPushButton>
int main(int argc, char *argv[])
{
QApplication a(argc, argv);
QWidget *widget = new QWidget(NULL, Qt::WindowCloseButtonHint);
//構建輸入框，設置屬性
QLineEdit *edit = new QLineEdit(widget);
edit->move(10, 10);
edit->resize(240, 30);
edit->setReadOnly(true);
//構造按鈕，設置屬性
QPushButton *button[20] = {0};
const char *buttontext[20] =
{
"7", "8", "9", "+", "(",
"4", "5", "6", "-", ")",
"1", "2", "3", "*", "<-",
"0", ".", "=", "/", "C"
};
for(int i = 0; i < 4; i++)
{
for(int j = 0; j < 5; j++)
{
button[5*i + j] = new QPushButton(widget);
button[5*i + j]->move(10 + (10 + 40)*j, 50 + (10 + 40)*i);
button[5*i + j]->resize(40, 40);
button[5*i + j]->setText(buttontext[5*i + j]);
}
}
//設置窗口
int ret = 0;
widget->show();
widget->setFixedSize(widget->width(), widget->height());
ret = a.exec();
delete widget;
return ret;
}
2、項目代碼重構
重構是以改善代碼質量爲目的的代碼重寫，使得軟件的設計和架構更加合理，提升了軟件的擴展性和維護性。express
代碼重構與代碼實現的區別：編程
A、代碼實現是按照設計編程實現，核心在於功能實現，不考慮架構的優劣架構
B、代碼重構是以提升代碼質量爲目的的軟件架構優化，核心在於優化架構，不考慮對已實現功能的修改。ide
代碼重構在軟件開發過程當中的階段：函數
代碼重構的適用場合：post
A、項目中重複代碼愈來愈多優化
B、項目中代碼功能愈來愈不清晰ui
C、項目中代碼實現離設計愈來愈遠
計算器界面代碼重構：
因爲須要申請堆空間資源，使用二階構造模式。
CalculatorUI.h文件：
#ifndef CALCULATORUI_H
#define CALCULATORUI_H
#include <QWidget>
#include <QLineEdit>
#include <QPushButton>
class CalculatorUI : public QWidget
{
Q_OBJECT
public:
static CalculatorUI* newInstance();
~CalculatorUI();
void show();
private:
CalculatorUI();
bool Construct();
private:
QLineEdit *m_edit;
QPushButton *m_buttons[20];
};
#endif // CALCULATORUI_H
CalculatorUI.cpp文件：
#include "CalculatorUI.h"
CalculatorUI::CalculatorUI() : QWidget(NULL, Qt::WindowCloseButtonHint)
{
}
CalculatorUI* CalculatorUI::newInstance()
{
CalculatorUI *ret = new CalculatorUI();
if(NULL == ret || !ret->Construct())
{
delete ret;
ret = NULL;
}
return ret;
}
CalculatorUI::~CalculatorUI()
{
}
void CalculatorUI::show()
{
QWidget::show();
setFixedSize(width(), height());
}
bool CalculatorUI::Construct()
{
bool ret = true;
m_edit = new QLineEdit(this);
if(m_edit != NULL)
{
m_edit->move(10, 10);
m_edit->resize(240, 30);
m_edit->setReadOnly(true);
}
else
{
ret = false;
}
const char *buttontext[20] =
{
"7", "8", "9", "+", "(",
"4", "5", "6", "-", ")",
"1", "2", "3", "*", "<-",
"0", ".", "=", "/", "C"
};
for(int i = 0; (i < 4) && ret; i++)
{
for(int j = 0; (j < 5) && ret; j++)
{
m_buttons[5*i + j] = new QPushButton(this);
if(m_buttons[5*i + j] != NULL)
{
m_buttons[5*i + j]->move(10 + (10 + 40)*j, 50 + (10 + 40)*i);
m_buttons[5*i + j]->resize(40, 40);
m_buttons[5*i + j]->setText(buttontext[5*i + j]);
}
else
{
ret = false;
}
}
}
return ret;
}
Main.cpp文件：
#include <QApplication>
#include <QWidget>
#include <QLineEdit>
#include <QPushButton>
#include "CalculatorUI.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
QApplication a(argc, argv);
CalculatorUI *widget = CalculatorUI::newInstance();
int ret = 0;
if(widget != NULL)
{
widget->show();
ret = a.exec();
delete widget;
}
return ret;
}
3、計算器算法引擎
人類思惟和閱讀習慣的運算表達式爲中綴表達式，但計算機的運算表達式爲後綴表達式，所以須要將中綴表達式轉換爲後綴表達式。
算法引擎的解決方案以下：
A、將中綴表達式的數字和運算符分離
B、將中綴表達式轉換爲後綴表達式
C、使用後綴表達式計算運算表達式的結果
一、計算表達式的分離
中綴表達式一般包含以下元素：
A、數字與小數點[0-9 .]
B、符號位[+ -]
C、運算符[+ - * /]
D、括號[( )]
分離算法設計分析：
以符號做爲標識對錶達式中的字符進行逐個訪問
A、定義累計變量
B、當前字符爲數字或小數點
累計，num += exp[i]
C、當前字符exp[i]爲爲符號
num爲運算數，分離並保存
若是exp[i]爲正負號
累計符號位+、-：num += exp[i]
若是exp[i]爲運算符
分離並保存
分離算法源碼：
QQueue<QString> CalculatorDec::split(const QString& exp)
{
QQueue<QString> ret;
QString pre = "";
QString num = "";
for(int i=0; i<exp.length(); i++)
{
if(isDigitOrDot(exp[i]))
{
num += exp[i];
pre = exp[i];
}
else if(isSymbol(exp[i]))
{
if(!num.isEmpty())
{
ret.enqueue(num);
num.clear();
}
if(isSign(exp[i]) && ((pre == "") || (pre == "(") || isOperator(pre)))
{
num += exp[i];
}
else
{
ret.enqueue(exp[i]);
}
pre = exp[i];
}
}
if(!num.isEmpty())
{
ret.enqueue(num);
}
return ret;
}
二、表達式的轉換
中綴表達式轉換爲後綴表達式的注意事項：
A、運算表達式中的括號必須匹配
B、必須根據運算優先級進行轉換
C、轉換後的後綴表達式中不能有括號
D、轉換後的後綴表達式能夠計算出正確結果
在運算表達式中，括號匹配成對出現，左括號必須限於右括號出現。
匹配算法以下：
bool CalculatorDec::match(QQueue<QString>& exp)
{
bool ret = true;
int len = exp.length();
QStack<QString> stack;
for(int i=0; i<len; i++)
{
if( isLeft(exp[i]) )
{
stack.push(exp[i]);
}
else if( isRight(exp[i]) )
{
if( !stack.isEmpty() && isLeft(stack.top()) )
{
stack.pop();
}
else
{
ret = false;
break;
}
}
}
return ret && stack.isEmpty();
}
轉換過程：
A、當前元素e爲數字，直接輸出
B、當前元素e爲運算符：
與棧頂運算符進行優先級比較，若是小於等於，將棧頂元素輸出，轉1；若是大於，將當前元素入棧。
C、當前元素e爲左括號：入棧
D、當前元素e爲右括號：
彈出棧頂元素並輸出，直至棧頂元素爲左括號，將棧頂的左括號從棧中彈出
轉換算法以下：
bool CalculatorDec::transform(QQueue<QString>& exp, QQueue<QString>& output)
{
bool ret = match(exp);
QStack<QString> stack;
output.clear();
while( ret && !exp.isEmpty() )
{
QString e = exp.dequeue();
if( isNumber(e) )
{
output.enqueue(e);
}
else if( isOperator(e) )
{
while( !stack.isEmpty() && (priority(e) <= priority(stack.top())) )
{
output.enqueue(stack.pop());
}
stack.push(e);
}
else if( isLeft(e) )
{
stack.push(e);
}
else if( isRight(e) )
{
while( !stack.isEmpty() && !isLeft(stack.top()) )
{
output.enqueue(stack.pop());
}
if( !stack.isEmpty() )
{
stack.pop();
}
}
else
{
ret = false;
}
}
while( !stack.isEmpty() )
{
output.enqueue(stack.pop());
}
if( !ret )
{
output.clear();
}
return ret;
}
三、結果計算
使用後綴表達式計算結果須要遍歷後綴表達式中的數字和運算符。
A、當前元素爲數字：進棧
B、當前元素爲運算符：
從棧中彈出右操做數
從棧中彈出左操做數
根據符號進行運算
將運算結果壓入棧中
遍歷結束後，棧中的數字即爲結果
QString CalculatorDec::calculate(QString l, QString op, QString r)
{
QString ret = "Error";
if( isNumber(l) && isNumber(r) )
{
double lp = l.toDouble();
double rp = r.toDouble();
if( op == "+" )
{
ret.sprintf("%f", lp + rp);
}
else if( op == "-" )
{
ret.sprintf("%f", lp - rp);
}
else if( op == "*" )
{
ret.sprintf("%f", lp * rp);
}
else if( op == "/" )
{
const double P = 0.000000000000001;
if( (-P < rp) && (rp < P) )
{
ret = "Error";
}
else
{
ret.sprintf("%f", lp / rp);
}
}
else
{
ret = "Error";
}
}
return ret;
}
QString CalculatorDec::calculate(QQueue<QString>& exp)
{
QString ret = "Error";
QStack<QString> stack;
while( !exp.isEmpty() )
{
QString e = exp.dequeue();
if( isNumber(e) )
{
stack.push(e);
}
else if( isOperator(e) )
{
QString rp = !stack.isEmpty() ? stack.pop() : "";
QString lp = !stack.isEmpty() ? stack.pop() : "";
QString result = calculate(lp, e, rp);
if( result != "Error" )
{
stack.push(result);
}
else
{
break;
}
}
else
{
break;
}
}
if( exp.isEmpty() && (stack.size() == 1) && isNumber(stack.top()) )
{
ret = stack.pop();
}
return ret;
}
4、用戶界面與業務邏輯的分離
1、計算器架構設計
軟件架構通常包括：
A、用戶界面模塊，接收用戶輸入，呈現數據
B、業務邏輯模塊，根據用戶需求處理數據
軟件的各個模塊之間必須遵循高內聚、低耦合的原則，每一個模塊應該只實現單一的功能，模塊內部的子模塊只做爲總體的單一功能而存在，模塊間經過約定好的接口進行交互。
模塊間僅經過接口進行關聯，所以必然存在使用接口的模塊和實現接口的模塊，模塊間的關係必須是單向依賴的。
計算器應用程序的架構以下：
QCalculatorUI類實現了程序界面，QCalculatorDec類實現了計算器的核心算法。QCalculatorUI類經過引入ICalculator指針類型成員變量，增長了ICalculator屬性；QCalculatorDec類繼承自ICalculator，實現了ICalculator接口的計算功能。QCalculatorUI類與QCalculatorDec類間沒有關係。
2、ICalculator類
#ifndef ICALCULATOR_H
#define ICALCULATOR_H
#include <QString>
class ICalculator
{
public:
virtual bool expression(const QString & exp) = 0;
virtual QString result() = 0;
};
#endif // ICALCULATOR_H
3、QCalculatorDec類
QCalculatorDec類繼承自ICalculator，實現ICalculator類的計算功能
QCalculatorDec.h文件：
#ifndef CALCULATORDEC_H
#define CALCULATORDEC_H
#include <QString>
#include <QQueue>
#include <QStack>
#include "ICalculator.h"
class CalculatorDec : public ICalculator
{
public:
CalculatorDec();
~CalculatorDec();
bool expression(const QString & exp);
QString expression();
QString result();
private:
bool isDigitOrDot(QChar c);
bool isSymbol(QChar c);
bool isSign(QChar c);
bool isNumber(QString s);
bool isOperator(QString s);
bool isLeft(QString s);
bool isRight(QString s);
int priority(QString s);
QQueue<QString> split(const QString& exp);
bool match(QQueue<QString>& exp);
bool transform(QQueue<QString>& exp, QQueue<QString>& output);
QString calculate(QQueue<QString>& exp);
QString calculate(QString l, QString op, QString r);
private:
QString m_exp;
QString m_result;
};
#endif // CALCULATORDEC_H
QCalculatorDec.cpp文件：
#include "CalculatorDec.h"
CalculatorDec::CalculatorDec()
{
m_exp = "";
m_result = "";
}
CalculatorDec::~CalculatorDec()
{
}
bool CalculatorDec::expression(const QString & exp)
{
bool ret = false;
QQueue<QString> spExp = split(exp);
QQueue<QString> postExp;
m_exp = exp;
if( transform(spExp, postExp) )
{
m_result = calculate(postExp);
ret = (m_result != "Error");
}
else
{
m_result = "Error";
}
return ret;
}
QString CalculatorDec::expression()
{
QString ret;
return ret;
}
QString CalculatorDec::result()
{
return m_result;
}
bool CalculatorDec::isDigitOrDot(QChar c)
{
return ('0' <= c) && (c <= '9') || (c == '.');
}
bool CalculatorDec::isSymbol(QChar c)
{
return isOperator(c) || ('(' == c) || (')' == c);
}
bool CalculatorDec::isSign(QChar c)
{
return ('+' == c) || ('-' == c);
}
bool CalculatorDec::isNumber(QString s)
{
bool ret = false;
s.toDouble(&ret);
return ret;
}
bool CalculatorDec::isOperator(QString s)
{
return ("+" == s) || ("-" == s) || ("*" == s) || ("/" == s);
}
bool CalculatorDec::isLeft(QString s)
{
return ("(" == s);
}
bool CalculatorDec::isRight(QString s)
{
return (")" == s);
}
int CalculatorDec::priority(QString s)
{
int ret = -1;
if(s == "+" || s == "-")
{
ret = 1;
}
if(s == "*" || s == "/")
{
ret = 2;
}
return ret;
}
QQueue<QString> CalculatorDec::split(const QString& exp)
{
QQueue<QString> ret;
QString pre = "";
QString num = "";
for(int i=0; i<exp.length(); i++)
{
if(isDigitOrDot(exp[i]))
{
num += exp[i];
pre = exp[i];
}
else if(isSymbol(exp[i]))
{
if(!num.isEmpty())
{
ret.enqueue(num);
num.clear();
}
if(isSign(exp[i]) && ((pre == "") || (pre == "(") || isOperator(pre)))
{
num += exp[i];
}
else
{
ret.enqueue(exp[i]);
}
pre = exp[i];
}
}
if(!num.isEmpty())
{
ret.enqueue(num);
}
return ret;
}
bool CalculatorDec::match(QQueue<QString>& exp)
{
bool ret = true;
int len = exp.length();
QStack<QString> stack;
for(int i=0; i<len; i++)
{
if( isLeft(exp[i]) )
{
stack.push(exp[i]);
}
else if( isRight(exp[i]) )
{
if( !stack.isEmpty() && isLeft(stack.top()) )
{
stack.pop();
}
else
{
ret = false;
break;
}
}
}
return ret && stack.isEmpty();
}
bool CalculatorDec::transform(QQueue<QString>& exp, QQueue<QString>& output)
{
bool ret = match(exp);
QStack<QString> stack;
output.clear();
while( ret && !exp.isEmpty() )
{
QString e = exp.dequeue();
if( isNumber(e) )
{
output.enqueue(e);
}
else if( isOperator(e) )
{
while( !stack.isEmpty() && (priority(e) <= priority(stack.top())) )
{
output.enqueue(stack.pop());
}
stack.push(e);
}
else if( isLeft(e) )
{
stack.push(e);
}
else if( isRight(e) )
{
while( !stack.isEmpty() && !isLeft(stack.top()) )
{
output.enqueue(stack.pop());
}
if( !stack.isEmpty() )
{
stack.pop();
}
}
else
{
ret = false;
}
}
while( !stack.isEmpty() )
{
output.enqueue(stack.pop());
}
if( !ret )
{
output.clear();
}
return ret;
}
QString CalculatorDec::calculate(QString l, QString op, QString r)
{
QString ret = "Error";
if( isNumber(l) && isNumber(r) )
{
double lp = l.toDouble();
double rp = r.toDouble();
if( op == "+" )
{
ret.sprintf("%f", lp + rp);
}
else if( op == "-" )
{
ret.sprintf("%f", lp - rp);
}
else if( op == "*" )
{
ret.sprintf("%f", lp * rp);
}
else if( op == "/" )
{
const double P = 0.000000000000001;
if( (-P < rp) && (rp < P) )
{
ret = "Error";
}
else
{
ret.sprintf("%f", lp / rp);
}
}
else
{
ret = "Error";
}
}
return ret;
}
QString CalculatorDec::calculate(QQueue<QString>& exp)
{
QString ret = "Error";
QStack<QString> stack;
while( !exp.isEmpty() )
{
QString e = exp.dequeue();
if( isNumber(e) )
{
stack.push(e);
}
else if( isOperator(e) )
{
QString rp = !stack.isEmpty() ? stack.pop() : "";
QString lp = !stack.isEmpty() ? stack.pop() : "";
QString result = calculate(lp, e, rp);
if( result != "Error" )
{
stack.push(result);
}
else
{
break;
}
}
else
{
break;
}
}
if( exp.isEmpty() && (stack.size() == 1) && isNumber(stack.top()) )
{
ret = stack.pop();
}
return ret;
}
4、CalculatorUI類
CalculatorUI類使用ICalculator接口的計算功能。經過在CalculatorUI類中引入ICalculator指針成員變量，增長了ICalculator屬性。將全部按鈕發送的信號與onCalculate()槽函數鏈接。
CalculatorUI.h文件：
#ifndef CALCULATORUI_H
#define CALCULATORUI_H
#include <QWidget>
#include <QLineEdit>
#include <QPushButton>
#include "icalculator.h"
class CalculatorUI : public QWidget
{
Q_OBJECT
public:
static CalculatorUI* newInstance();
~CalculatorUI();
void show();
void setCalculator(ICalculator* cal);
ICalculator* getCalculator();
private:
CalculatorUI();
bool Construct();
private slots:
void onCalculate();
private:
QLineEdit *m_edit;
QPushButton *m_buttons[20];
ICalculator *m_cal;
};
#endif // CALCULATORUI_H
CalculatorUI.cpp文件：
#include "CalculatorUI.h"
CalculatorUI::CalculatorUI() : QWidget(NULL, Qt::WindowCloseButtonHint)
{
m_cal = NULL;
}
CalculatorUI* CalculatorUI::newInstance()
{
CalculatorUI *ret = new CalculatorUI();
if(NULL == ret || !ret->Construct())
{
delete ret;
ret = NULL;
}
return ret;
}
CalculatorUI::~CalculatorUI()
{
}
void CalculatorUI::show()
{
QWidget::show();
setFixedSize(width(), height());
}
bool CalculatorUI::Construct()
{
bool ret = true;
m_edit = new QLineEdit(this);
if(m_edit != NULL)
{
m_edit->move(10, 10);
m_edit->resize(240, 30);
m_edit->setReadOnly(true);
}
else
{
ret = false;
}
const char *buttontext[20] =
{
"7", "8", "9", "+", "(",
"4", "5", "6", "-", ")",
"1", "2", "3", "*", "<-",
"0", ".", "=", "/", "C"
};
for(int i = 0; (i < 4) && ret; i++)
{
for(int j = 0; (j < 5) && ret; j++)
{
m_buttons[5*i + j] = new QPushButton(this);
if(m_buttons[5*i + j] != NULL)
{
m_buttons[5*i + j]->move(10 + (10 + 40)*j, 50 + (10 + 40)*i);
m_buttons[5*i + j]->resize(40, 40);
m_buttons[5*i + j]->setText(buttontext[5*i + j]);
connect(m_buttons[5*i + j], SIGNAL(clicked()), this, SLOT(onCalculate()));
}
else
{
ret = false;
}
}
}
return ret;
}
void CalculatorUI::setCalculator(ICalculator* cal)
{
m_cal = cal;
}
ICalculator* CalculatorUI::getCalculator()
{
return m_cal;
}
void CalculatorUI::onCalculate()
{
QPushButton* button = dynamic_cast<QPushButton*>(sender());
if( button != NULL )
{
QString buttontext = button->text();
if( buttontext == "<-" )
{
QString text = m_edit->text();
if( text.length() > 0 )
{
text.remove(text.length()-1, 1);
m_edit->setText(text);
}
}
else if( buttontext == "C" )
{
m_edit->setText("");
}
else if( buttontext == "=" )
{
if( m_cal != NULL )
{
m_cal->expression(m_edit->text());
m_edit->setText(m_cal->result());
}
}
else
{
m_edit->setText(m_edit->text() + buttontext);
}
}
}
五、Calculator類
計算器Calculator類包含計算器程序界面CalculatorUI和核心算法CalculatorDec兩部分。在Calculator構造過程當中須要指定CalculatorUI對應的核心算法CalculatorDec。
Calculator.h文件：
#ifndef CALCULATOR_H
#define CALCULATOR_H
#include "CalculatorUI.h"
#include "CalculatorDec.h"
class Calculator
{
private:
CalculatorUI *m_ui;
CalculatorDec m_cal;
Calculator();
bool construct();
public:
static Calculator* newInstance();
void show();
~Calculator();
};
#endif // CALCULATOR_H
Calculator.cpp文件：
#include "Calculator.h"
Calculator::Calculator()
{
}
bool Calculator::construct()
{
m_ui = CalculatorUI::newInstance();
if(m_ui != NULL)
{
m_ui->setCalculator(&m_cal);
}
return (m_ui != NULL);
}
Calculator* Calculator::newInstance()
{
Calculator *ret = new Calculator();
if((ret == NULL) || (!ret->construct()))
{
delete ret;
ret = NULL;
}
return ret;
}
void Calculator::show()
{
m_ui->show();
}
Calculator::~Calculator()
{
delete m_ui;
}
6、使用實例
Main.cpp文件：
#include <QApplication>
#include "Calculator.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
QApplication a(argc, argv);
Calculator *cal = Calculator::newInstance();
int ret = 0;
if(cal != NULL)
{
cal->show();
ret = a.exec();
delete cal;
}
return ret;
}
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