- 实现一个具有交互界面的计算器，可以完成不同的数据处理或计算要求。
- 简单表达式运算，计算输出结果。
- 带单变量的表达式运算，可以重复给出不同的变量值，并计算输出相应结果。
- 任意同维度的两个向量运算，完成包括加法、减法、余弦相似度等计算，输出结果。
- 一元多项式运算，完成包括加法、减法、乘法、导数(包括任意阶)等计算，输出结果。
- 定义并运行简单函数。
- 矩阵运算，包括加、减、乘、转制、特征值、行列式的值等矩阵基本运算，输出结果。
本项目在 Windows 系统下开发使用 c++ 语言开发，使用 CMake 生成项目。
考虑到简单表达式、单变量表达式、函数具有一定的相似性、在解析字符串的过程中也可以一定程度上复用代码，因此采用了继承的方式。而向量和矩阵的功能独立实现。最后将这些相对独立的功能统一集成到计算器类 Calculator 中。
-
计算器中出现的文本提示遵循以下规则：
[INFO]表示提示信息，一般用于提示用户输入。[ERROR]表示程序运行过程中遇到错误，可能为输入非法、运算非法等。[RESULT]表示输出运算的结果。
样例中出现以上字样均为提示信息。
-
需要用户输入时，默认输入为一行，即以换行符作为结尾。
-
输入中会默认跳过空格。
运行程序后，会出现 HELLO WORLD! 字样，计算器启动成功。
之后出现提示，需要输入 1-6 的数字，以选择计算器的运行模式。
直接输入运算表达式即可计算。目前支持的二元运算符有 +，-，*，/，^。
样例：
Input:
(-18) * ((-0.52e1) + (2 * x -1)) ^ x + 8 / 2.3 + 2
Output:
[RESULT] The rusult is : 5.62226.
-
定义一个变量，输入变量名。
-
输入带有变量的表达式。目前支持的二元运算符有
+，-，*，/，^。 -
输入变量的值
-
输出结果。
-
输入
q退出变量模式，输入其他字符则重复 3 和 4 过程。
样例：
Input:
x
3+x
2
Output:
[RESULT] The rusult is : 5.
- 输入一个向量。向量以中括号作为开头和结尾，中间用
,分隔，如[1, 2, 3, 4]。 - 输入需要进行的运算。目前支持加法、减法、向量的点乘、余弦相似度。
- 输入另一个向量。
- 输出运算结果。
样例：
Input:
[1, 2, 3]
+
[2, 4, 6]
Output:
[RESULT] The result is [3,6,9].
- 输入一个单变量多项式。多项式以
x作为变量名，系数和变量之间用*分隔，变量和指数之间用^分隔，如系数或指数为 1 可以不输入。例如x^5+3*x^2+4*x+2。 - 输入需要进行的运算。目前支持多项式的加法、减法、乘法、求导运算。
- 输入另一个多项式（加减、乘法），或者一个整数（求导运算）。
- 输出运算结果。
样例：
Input:
2*x^2+x-2
+
3*x^3-x+3
Output:
[RESULT] The result is : 3*x^3+2*x^2+1.
- 输入一个矩阵。矩阵以中括号作为开头和结尾，为行优先输入，以
,作为行元素的分隔，;作为两行元素之间的分隔。例如[1, 2, 3; 4, 5, 6]表示一个2x3的矩阵。 - 输入需要进行的运算。目前支持矩阵的加法、减法、矩阵乘法、转置、求特征值（向量）、求行列式、求逆矩阵等矩阵基本运算。
- 输入另一个矩阵（加减、乘法），转置、求特征值（向量）、求行列式值则不需要。
- 输出运算结果。
样例：
Input:
[1, 2, 3; 4, 5, 6]
*
[3, 1; 2, 0; 1, 0]
Output:
[RESULT] The result is :
14 28
1 4
- 输入
DEF function(variable)定义一个函数。 - 输入
RUN function(value)运行之前定义过的函数。 - 输入
q退出函数模式，输入其他字符则重复 1 或 2 过程。 - 支持同时定义多个函数（最多10个），并且可以运行之前定义的函数。
- 支持在函数定义中调用之前定义过的函数。
- 暂时不支持定义
f(x+1)此类函数。
样例
Input:
DEF f(x)=x+1
DEF g(y)=(f(y))^2
RUN g(2)
Ouput:
[RESULT] The result is 9.000000.
在某种模式进行一系列输入和操作，并且输出结果后，程序会进行是否退出程序的提示。此时输入其他字符可以重新选择计算模式，输入 q 可以退出程序，屏幕上显示 BYE! 并退出。
在本次实验中，实现了独立的单元测试部分，详细代码位于test.cpp文件中。采用宏定义的方式实现了对计算器的每一个功能的单元测试，并能够给出单元测试的通过率，以及使用 stderr 和 __LINE__ ，能够具体定位到未通过测试的代码的行数。
将部分测试数据展示如下：
static void test_calculation()
{
TEST_CALCULATION(0, "0");
TEST_CALCULATION(3.33, "3.33");
TEST_CALCULATION(1, "-3+4*2-2^2");
TEST_CALCULATION(9, "2*4+1");
TEST_CALCULATION(2, "3+(10-(4*2))*7-3*5");
TEST_CALCULATION(1.5, "2.25/1.5");
TEST_CALCULATION(1, "0.99999+0.000001*10");
}
static void test_variable_expression()
{
TEST_VARIABLE_EXPRESSION(15, "3*(x+4)-2*x", "x", 3);
}
static void test_polynomial()
{
TEST_POLYNOMIAL_OPER("3.000000*x^2+2.000000*x^1", "3*x^2", "2*x^1", '+');
TEST_POLYNOMIAL_DIFF("6.000000*x^1+2.000000", "3*x^2+2*x^1", 1);
}以上测试数据运算结果正确，和手动利用计算器的计算结果一致。
/****************************************
* calculation.h -- 简单表达式功能单元
* calculator.h -- 集成多种功能的计算器
* CMakeLists.txt -- 项目工程文件
* defines.h -- 全程常量、类型、宏定义
* expression.h -- 基础表达式（虚基类）
* function.h -- 函数功能单元
* main.h -- 主程序文件
* matrix.h -- 矩阵功能单元
* polynomial.h -- 多项式功能单元
* test.cpp -- 单元测试
* vatiable.h -- 变量表达式功能单元
* vector.h -- 向量功能单元
****************************************/由于本人完成作业的时间并不充裕，项目中还有许多可以完善或优化的地方，虽然以后可能不会完善了，但仍然列出如下：
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总体
- 感觉架构的设计并非很合理，存在很多缺陷。
- 例如，本来想通过虚基类的方式，可以在查询历史运行时接受不同类型的运算。先不说最后并没有实现这个功能，在不同的子类接口和成员变量差距过大的情况下，这种方法是否可行、高效？在运行过程中是否还需要加一个对表达式类型的判断？
- 向量和矩阵也并没有继承，而是独立实现（虽然修改成继承只需要一点点小小的改动）。
-
多项式
- 支持运算后可以返回一个新的多项式的方式（目前实现为在原多项式上修改）。
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函数部分
- 优化（或重构）通过字符串替换的实现方式。
- 将一些硬编码的代码重构。
- 支持定义类似
f(x+1)的函数。 - 将部分在计算器代码中实现的解析函数表达式的代码，移动到函数的实现代码中，使代码更加优雅。
- （函数功能的实现真的很不优雅，但是也没办法了><）
-
计算器
- 支持查询历史运算结果（查询上一次运算）。
- 优化使用过程中的文字信息提示，使代码和输出的信息更加规范统一。
- 优化用户进行非法输入和非法操作之后的行为。
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单元测试部分
- 目前并未给出很多单元测试的测试样例，可以多考虑些边界情况。