Python 写一个标准版和程序员版计算器

本文介绍了一个基于Tkinter的多功能计算器实现。该计算器支持标准模式和程序员模式：标准模式提供基本运算、三角函数、对数等数学函数；程序员模式支持二进制/八进制/十六进制运算及位操作。程序采用了面向对象设计，通过Calculator类实现核心功能，包括进制转换、表达式验证、错误处理等。计算器界面包含多进制实时显示区域、主显示屏和动态切换的按钮面板，针对不同模式提供相应的计算功能。特别优化了负号处理、表达式验证和进制转换逻辑，确保计算准确性和用户体验。

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
import math
import reclass Calculator:def __init__(self, root):self.root = rootself.root.title("多功能计算器")self.root.geometry("700x750")self.root.resizable(False, False)# 初始化变量self.mode = "standard"self.current_expression = ""self.current_base = 10  # 默认十进制self.create_widgets()def create_widgets(self):# 多进制显示区域 - 移到最上方，按列排列self.base_display_frame = ttk.Frame(self.root)self.base_display_frame.pack(fill=tk.X, padx=10, pady=5)# 二进制显示 - 第一列bin_frame = ttk.Frame(self.base_display_frame)bin_frame.grid(row=0, column=0, sticky=tk.W, padx=5, pady=2)ttk.Label(bin_frame, text="二进制 (Bin):").pack(anchor=tk.W)self.bin_var = tk.StringVar()ttk.Entry(bin_frame, textvariable=self.bin_var, state="readonly", width=30).pack(fill=tk.X)# 八进制显示 - 第二列oct_frame = ttk.Frame(self.base_display_frame)oct_frame.grid(row=0, column=1, sticky=tk.W, padx=5, pady=2)ttk.Label(oct_frame, text="八进制 (Oct):").pack(anchor=tk.W)self.oct_var = tk.StringVar()ttk.Entry(oct_frame, textvariable=self.oct_var, state="readonly", width=20).pack(fill=tk.X)# 十进制显示 - 第三列dec_frame = ttk.Frame(self.base_display_frame)dec_frame.grid(row=0, column=2, sticky=tk.W, padx=5, pady=2)ttk.Label(dec_frame, text="十进制 (Dec):").pack(anchor=tk.W)self.dec_var = tk.StringVar()ttk.Entry(dec_frame, textvariable=self.dec_var, state="readonly", width=20).pack(fill=tk.X)# 十六进制显示 - 第四列hex_frame = ttk.Frame(self.base_display_frame)hex_frame.grid(row=0, column=3, sticky=tk.W, padx=5, pady=2)ttk.Label(hex_frame, text="十六进制 (Hex):").pack(anchor=tk.W)self.hex_var = tk.StringVar()ttk.Entry(hex_frame, textvariable=self.hex_var, state="readonly", width=20).pack(fill=tk.X)# 模式切换框架mode_frame = ttk.Frame(self.root)mode_frame.pack(fill=tk.X, padx=5, pady=5)ttk.Button(mode_frame, text="标准版", command=self.switch_to_standard).pack(side=tk.LEFT, padx=5)ttk.Button(mode_frame, text="程序员版", command=self.switch_to_programmer).pack(side=tk.LEFT, padx=5)# 主显示框self.display_var = tk.StringVar()self.display = ttk.Entry(self.root, textvariable=self.display_var, font=('Arial', 24), justify=tk.RIGHT)self.display.pack(fill=tk.X, padx=10, pady=10)self.display.config(state='readonly')# 按钮框架self.buttons_frame = ttk.Frame(self.root)self.buttons_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, padx=10, pady=10)# 初始显示标准版self.create_standard_buttons()def switch_to_standard(self):self.mode = "standard"# 清空现有按钮for widget in self.buttons_frame.winfo_children():widget.destroy()self.create_standard_buttons()self.clear_display()def switch_to_programmer(self):self.mode = "programmer"# 清空现有按钮for widget in self.buttons_frame.winfo_children():widget.destroy()self.create_programmer_buttons()self.clear_display()def create_standard_buttons(self):# 按钮布局buttons = [('7', 1, 0), ('8', 1, 1), ('9', 1, 2), ('/', 1, 3), ('C', 1, 4),('4', 2, 0), ('5', 2, 1), ('6', 2, 2), ('*', 2, 3), ('⌫', 2, 4),('1', 3, 0), ('2', 3, 1), ('3', 3, 2), ('-', 3, 3), ('±', 3, 4),('0', 4, 0), ('.', 4, 1), ('=', 4, 2), ('+', 4, 3), ('^', 4, 4),('sin', 5, 0), ('cos', 5, 1), ('tan', 5, 2), ('log', 5, 3), ('√', 5, 4),('π', 6, 0), ('e', 6, 1), ('exp', 6, 2), ('ln', 6, 3), ('!', 6, 4)]# 设置网格权重for i in range(7):self.buttons_frame.grid_rowconfigure(i, weight=1)for i in range(5):self.buttons_frame.grid_columnconfigure(i, weight=1)# 创建按钮for text, row, col in buttons:btn = ttk.Button(self.buttons_frame, text=text, command=lambda t=text: self.on_button_click(t))btn.grid(row=row, column=col, padx=5, pady=5, sticky="nsew")def create_programmer_buttons(self):# 进制选择base_frame = ttk.Frame(self.buttons_frame)base_frame.grid(row=0, column=0, columnspan=5, sticky="nsew", padx=5, pady=5)ttk.Button(base_frame, text="二进制", command=lambda: self.set_base(2)).pack(side=tk.LEFT, padx=2, expand=True, fill=tk.X)ttk.Button(base_frame, text="八进制", command=lambda: self.set_base(8)).pack(side=tk.LEFT, padx=2, expand=True, fill=tk.X)ttk.Button(base_frame, text="十进制", command=lambda: self.set_base(10)).pack(side=tk.LEFT, padx=2, expand=True, fill=tk.X)ttk.Button(base_frame, text="十六进制", command=lambda: self.set_base(16)).pack(side=tk.LEFT, padx=2, expand=True, fill=tk.X)# 程序员版按钮布局（修复空按钮问题，替换为空文本按钮为退格）buttons = [('A', 1, 0), ('B', 1, 1), ('C', 1, 2), ('D', 1, 3), ('E', 1, 4),('F', 2, 0), ('7', 2, 1), ('8', 2, 2), ('9', 2, 3), ('/', 2, 4),('4', 3, 0), ('5', 3, 1), ('6', 3, 2), ('*', 3, 3), ('%', 3, 4),('1', 4, 0), ('2', 4, 1), ('3', 4, 2), ('-', 4, 3), ('<<', 4, 4),('0', 5, 0), ('⌫', 5, 1), ('=', 5, 2), ('+', 5, 3), ('>>', 5, 4),('&', 6, 0), ('|', 6, 1), ('^', 6, 2), ('~', 6, 3), ('C', 6, 4)]# 设置网格权重for i in range(7):self.buttons_frame.grid_rowconfigure(i, weight=1)for i in range(5):self.buttons_frame.grid_columnconfigure(i, weight=1)# 创建按钮for text, row, col in buttons:btn = ttk.Button(self.buttons_frame, text=text, command=lambda t=text: self.on_button_click(t))btn.grid(row=row, column=col, padx=5, pady=5, sticky="nsew")def set_base(self, base):"""切换当前进制，并转换现有表达式（修复进制转换逻辑）"""if self.current_expression:try:# 先将当前表达式按原进制解析为十进制（处理负号）if self.current_expression.startswith('-'):decimal_val = -int(self.current_expression[1:], self.current_base)else:decimal_val = int(self.current_expression, self.current_base)# 再转换为新进制字符串（负号单独处理）if decimal_val < 0:self.current_expression = '-' + self.convert_base(-decimal_val, base)else:self.current_expression = self.convert_base(decimal_val, base)self.display_var.set(self.current_expression)except ValueError:messagebox.showerror("进制错误", "当前表达式包含无效字符，无法转换")self.clear_display()# 更新当前进制self.current_base = base# 刷新多进制显示self.update_base_display()def on_button_click(self, text):"""统一按钮点击处理（修复位运算按钮逻辑）"""if text == '=':self.calculate()elif text == 'C':self.clear_display()elif text == '⌫':self.backspace()elif text == '±':self.toggle_sign()elif text in ['sin', 'cos', 'tan', 'log', 'ln', '√', 'exp', '!']:self.function_operation(text)elif text in ['π', 'e']:self.constant_operation(text)else:# 所有输入（数字、运算符）统一走表达式拼接self.append_to_expression(text)def append_to_expression(self, text):"""拼接表达式，增加严格合法性校验（修复连续运算符问题）"""# 1. 程序员模式输入校验if self.mode == "programmer":# 非十六进制不允许输入A-Fif self.current_base != 16 and text in ['A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F']:messagebox.showwarning("输入错误", f"{self.current_base}进制仅支持0-{self.current_base-1}")return# 二进制只允许0、1和运算符if self.current_base == 2 and text not in ['0', '1', '+', '-', '*', '/', '&', '|', '^', '~', '<<', '>>', '%']:messagebox.showwarning("输入错误", "二进制仅支持输入0、1和运算符")return# 2. 避免开头为无效运算符（除负号）if not self.current_expression:if text in ['+', '*', '/', '^', '&', '|', '<<', '>>', '%']:messagebox.showwarning("输入错误", "表达式不能以运算符开头")return# 3. 避免连续运算符（修复运算符叠加问题）if self.current_expression:last_char = self.current_expression[-1]# 检测上一个字符是否为运算符（含双字符运算符<<、>>）is_last_op = (last_char in ['+', '-', '*', '/', '^', '&', '|', '%']) or \(len(self.current_expression)>=2 and self.current_expression[-2:] in ['<<', '>>'])# 检测当前输入是否为运算符is_current_op = (text in ['+', '-', '*', '/', '^', '&', '|', '%']) or (text in ['<<', '>>'])if is_last_op and is_current_op:messagebox.showwarning("输入错误", "不允许连续输入运算符")return# 4. 拼接表达式并更新显示self.current_expression += str(text)self.display_var.set(self.current_expression)self.update_base_display()def clear_display(self):"""清空表达式和所有显示"""self.current_expression = ""self.display_var.set("")self.update_base_display()def backspace(self):"""退格删除最后一个字符（修复多字符运算符删除）"""if self.current_expression:# 处理双字符运算符（<<、>>）if len(self.current_expression)>=2 and self.current_expression[-2:] in ['<<', '>>']:self.current_expression = self.current_expression[:-2]else:self.current_expression = self.current_expression[:-1]self.display_var.set(self.current_expression)self.update_base_display()def toggle_sign(self):"""切换正负号（修复负号位置错误）"""if not self.current_expression:self.current_expression = '-'elif self.current_expression == '-':self.current_expression = ""elif self.current_expression.startswith('-'):self.current_expression = self.current_expression[1:]else:# 仅在表达式开头添加负号（避免中间加负号）self.current_expression = '-' + self.current_expressionself.display_var.set(self.current_expression)self.update_base_display()def function_operation(self, func):"""处理数学函数运算（修复函数计算逻辑）"""try:if not self.current_expression:raise ValueError("请先输入运算数值")# 解析当前表达式为数值（支持小数）value = float(self.current_expression)result = 0# 函数计算（确保数学正确性）if func == 'sin':result = math.sin(math.radians(value))  # 角度转弧度（符合日常使用习惯）elif func == 'cos':result = math.cos(math.radians(value))elif func == 'tan':result = math.tan(math.radians(value))elif func == 'log':if value <= 0:raise ValueError("对数参数必须大于0")result = math.log10(value)elif func == 'ln':if value <= 0:raise ValueError("自然对数参数必须大于0")result = math.log(value)elif func == '√':if value < 0:raise ValueError("平方根参数不能为负数")result = math.sqrt(value)elif func == 'exp':result = math.exp(value)  # 计算 e^valueelif func == '!':if value < 0 or not value.is_integer():raise ValueError("阶乘仅支持非负整数")result = math.factorial(int(value))# 处理结果显示（移除末尾多余的0和小数点）self.current_expression = str(round(result, 10))if '.' in self.current_expression:self.current_expression = self.current_expression.rstrip('0').rstrip('.')self.display_var.set(self.current_expression)self.update_base_display()except Exception as e:messagebox.showerror("函数错误", str(e))self.clear_display()def constant_operation(self, const):"""插入数学常数（修复常数显示格式）"""if const == 'π':self.current_expression = str(round(math.pi, 10))elif const == 'e':self.current_expression = str(round(math.e, 10))# 清理显示格式（如 3.1415926536 而非 3.141592653589793）if '.' in self.current_expression:self.current_expression = self.current_expression.rstrip('0').rstrip('.')self.display_var.set(self.current_expression)self.update_base_display()def calculate(self):"""核心计算逻辑（区分标准版/程序员版，修复表达式解析错误）"""try:if not self.current_expression:raise ValueError("请先输入运算表达式")result = 0if self.mode == "standard":# 标准版：支持小数、幂运算和数学函数，处理角度转弧度expr = self.current_expression.replace('^', '**')  # 幂运算转为Python语法# 定义安全的数学函数环境（确保sin/cos等使用角度计算，符合日常习惯）def safe_sin(x):return math.sin(math.radians(x))  # 角度→弧度def safe_cos(x):return math.cos(math.radians(x))def safe_tan(x):return math.tan(math.radians(x))# 安全执行表达式（仅暴露必要函数，禁止危险操作）result = eval(expr,{"__builtins__": None},  # 禁用所有内置函数{"sin": safe_sin,"cos": safe_cos,"tan": safe_tan,"log10": math.log10,"log": math.log,"sqrt": math.sqrt,"exp": math.exp,"factorial": math.factorial,"pi": math.pi,"e": math.e})# 处理结果显示格式（移除末尾多余的0和小数点）self.current_expression = str(round(result, 10))if '.' in self.current_expression:self.current_expression = self.current_expression.rstrip('0').rstrip('.')else:# 程序员版：仅整数运算，先按当前进制解析为十进制计算expr = self.current_expression# 1. 处理取反运算符~（Python中~x = -x-1，需单独处理负号）expr = expr.replace('~', '-~')  # 修复取反逻辑：~5 → -~5 = -6（符合二进制取反）# 2. 正则匹配表达式中的数字（含负号，如-1A、-10），转为十进制def parse_num(match):num_str = match.group()# 分离负号和数字本体sign = -1 if num_str.startswith('-') else 1pure_num = num_str.lstrip('-')# 按当前进制解析数字try:return str(sign * int(pure_num, self.current_base))except ValueError:raise ValueError(f"无效{self.current_base}进制数字：{num_str}")# 匹配规则：负号（可选）+ 数字/字母（0-9A-F），避免匹配运算符expr_dec = re.sub(r'-?[0-9A-Fa-f]+', parse_num, expr)# 3. 执行十进制运算（位运算、算术运算）result = eval(expr_dec,{"__builtins__": None},{}  # 程序员模式无需额外函数)# 4. 结果转为当前进制（处理负号：负号单独显示，数字部分转正）if result < 0:self.current_expression = '-' + self.convert_base(-result, self.current_base)else:self.current_expression = self.convert_base(result, self.current_base)# 更新主显示和多进制显示self.display_var.set(self.current_expression)self.update_base_display()except ValueError as ve:messagebox.showerror("计算错误", str(ve))self.clear_display()except ZeroDivisionError:messagebox.showerror("计算错误", "除数不能为0")self.clear_display()except Exception as e:messagebox.showerror("计算错误", f"表达式格式无效：{str(e)}")self.clear_display()def convert_base(self, num, base):"""完整实现十进制转目标进制（支持2/8/10/16，处理0的特殊情况）"""if num == 0:return "0"  # 避免0转换后为空digits = "0123456789ABCDEF"result_str = ""while num > 0:remainder = num % baseresult_str = digits[remainder] + result_str  # 余数逆序拼接num = num // basereturn result_strdef update_base_display(self):"""修复多进制显示逻辑（确保实时同步当前表达式的各进制值）"""if not self.current_expression:self.bin_var.set("")self.oct_var.set("")self.dec_var.set("")self.hex_var.set("")returntry:# 1. 解析当前表达式为十进制（区分标准版和程序员版）if self.mode == "standard":# 标准版可能含小数，先转为float再取整（多进制显示仅支持整数）decimal_val = int(float(self.current_expression))else:# 程序员版按当前进制解析if self.current_expression.startswith('-'):decimal_val = -int(self.current_expression[1:], self.current_base)else:decimal_val = int(self.current_expression, self.current_base)# 2. 转换为各进制并更新显示self.bin_var.set(self.convert_base(abs(decimal_val), 2) if decimal_val !=0 else "0")self.oct_var.set(self.convert_base(abs(decimal_val), 8) if decimal_val !=0 else "0")self.dec_var.set(str(decimal_val))self.hex_var.set(self.convert_base(abs(decimal_val), 16) if decimal_val !=0 else "0")# 3. 负号标注（在各进制前添加负号）if decimal_val < 0:self.bin_var.set("-" + self.bin_var.get())self.oct_var.set("-" + self.oct_var.get())self.hex_var.set("-" + self.hex_var.get())except:# 表达式无效时清空多进制显示self.bin_var.set("（无效表达式）")self.oct_var.set("（无效表达式）")self.dec_var.set("（无效表达式）")self.hex_var.set("（无效表达式）")def main():root = tk.Tk()app = Calculator(root)root.mainloop()if __name__ == "__main__":main()