marg-s / smartcalcgtkc

SmartCalcGtkC

В данном проекте реализована расширенная версия обычного калькулятора, который можно найти в стандартных приложениях каждой операционной системы. Помимо базовых арифметических операций, как плюс-минус и умножить-поделить, калькулятор дополнен возможностью вычисления арифметических выражений с учетом приоритетов, а так же некоторыми математическими функциями (синус, косинус, логарифм и т.д.). Помимо вычисления выражений калькулятор так же поддерживает использование переменной x и построение графика соответствующей функции.

Интерфейс

Реализация

• Программа разработана на языке Си стандарта C11 с использованием компилятора gcc.
• Сборка программы настроена с помощью Makefile со стандартным набором целей для GNU-программ: all, install, uninstall, clean, dvi, dist, test, gcov_report. Установка производится в каталог build в директории проекта. Для запуска программы предусмотрена цель start в Makefile
• Программа разработана в соответствии с принципами структурного программирования
• Код соответствует Google Style
• Обеспечено покрытие unit-тестами модулей, связанных с вычислением выражений, с помощью библиотеки Check
• Реализация с графическим пользовательским интерфейсом на базе GUI-библиотеки GTK4
• На вход программы могут подаваться как целые числа, так и вещественные числа, записанные через точку. Также обрабатывается ввод чисел в экспоненциальной записи
• Вычисление производится после полного ввода вычисляемого выражения и нажатия на символ =
• Вычисляются произвольные скобочные арифметические выражения в инфиксной нотации
• Возможна подстановка значения переменной x в виде числа
• Построение графика функции, заданной с помощью выражения в инфиксной нотации с переменной x (с координатными осями, отметкой используемого масштаба и сеткой с адаптивным шагом)
• Область определения и область значения функций ограничиваются по крайней мере числами от -1000000 до 1000000
• Проверяемая точность дробной части - минимум 7 знаков после запятой
• У пользователя есть возможность ввода до 255 символов
• Скобочные арифметические выражения в инфиксной нотации поддерживают следующие арифметические операции и математические функции:

  • Арифметические операторы:

    Название оператора	Инфиксная нотация (Классическая)	Префиксная нотация (Польская нотация)	Постфиксная нотация (Обратная польская нотация)
    Скобки	(a + b)	(+ a b)	a b +
    Сложение	a + b	+ a b	a b +
    Вычитание	a - b	- a b	a b -
    Умножение	a * b	* a b	a b *
    Деление	a / b	/ a b	a b \
    Возведение в степень	a ^ b	^ a b	a b ^
    Остаток от деления	a mod b	mod a b	a b mod
    Унарный плюс	+a	+a	a+
    Унарный минус	-a	-a	a-

  • Функции:

    Описание функции	Функция
    Вычисляет косинус	cos(x)
    Вычисляет синус	sin(x)
    Вычисляет тангенс	tan(x)
    Вычисляет арккосинус	acos(x)
    Вычисляет арксинус	asin(x)
    Вычисляет арктангенс	atan(x)
    Вычисляет квадратный корень	sqrt(x)
    Вычисляет натуральный логарифм	ln(x)
    Вычисляет десятичный логарифм	log(x)

Алгоритм

Входное выражение в инфиксной форме записи преобразуется в обратную польскую нотацию по алгоритму Дейкстры. Алгоритм основан на стеке. В преобразовании участвуют две текстовых переменных: входная и выходная строки. В процессе преобразования используется стек, хранящий ещё не добавленные к выходной строке операции. Преобразующая программа последовательно считывает лексемы из входной строки, выполняя на каждом шаге некоторые действия, зависящие от того, какая лексема была считана.

Реализация алгоритма:

Пока в исходной строке есть необработанные лексемы (простейшая единица морфологического разбора выражения, например, [2, 3, 5] - числовые лексемы, [/, (, +, ), *] - лексемы-операции), считываем очередную:

Если лексема:
- Число - добавляем в строку вывода.
- Функция или открывающая скобка - помещаем в стек.
- Разделитель аргументов функции (например, запятая):         
    - Перекладываем операторы из стека в выходную очередь пока лексемой на вершине стека не станет открывающая скобка. Если в стеке не окажется открывающей скобки - в выражении допущена ошибка.
- Оператор (O1):
    - Пока присутствует на вершине стека лексема-оператор (O2) чей приоритет выше приоритета O1, либо при равенстве приоритетов O1 является левоассоциативным:
        - Перекладываем O2 из стека в выходную очередь.
    - Помещаем O1 в стек.
- Закрывающая скобка:
    - Пока лексема на вершине стека не станет открывающей скобкой, перекладываем лексемы-операторы из стека в выходную очередь.
    - Удаляем из стека открывающую скобку.
    - Если лексема на вершине стека — функция, перекладываем её в выходную очередь.
    - Если стек закончился до того, как была встречена открывающая скобка - в выражении содержится ошибка.

Если во входной строке больше не осталось лексем:
- Пока есть операторы в стеке:
    - Если на вершине стека скобка - в выражении допущена ошибка.
    - Перекладываем оператор из стека в выходную очередь.

Конец.

Далее выражение в обратной польской нотации передаётся в функцию вычисления результата.