第二章 计算器
计算器这个看似简单的应用，当你一旦着手去制作时，就会发现写出来的程序漏洞百出，那些在人类看来理所当然的逻辑，对于计算机来说，却是浑然不知，一定要将每个细节都照顾到，程序才能如你所愿地运行，否则就会出现一些莫名其妙的状况，
这里要讲解的是一个只有20个按键的简易计算器，实现了加减乘除的简单运算，以及清除、回退、求相反数等，如图2-1所示，更为复杂的运算，如求乘方、方根及三角函数的运算，可以利用开发工具中的数学函数，从现有的功能中衍生出来。
图2-1 计算器的外观第一节 功能描述
一、符号及术语
- 前数：在计算过程中，居于运算符之前的那个数字；有三种情况可以生成前数：
- 程序运行伊始，用户先输入数字，然后输入算符，此时该数字转变为前数；
- 用户先后输入数字、算符、数字、等号后，计算结果被设定为前数；
- 用户先后输入数字、算符、数字、算符后，其中的第二个算符具有等号的功能，将输入的两个数字和第一个算符进行运算，所得结果被设定为前数；
- 后数：在计算过程中，居于运算符之后的那个数字；在键入等号或第二个算符后，将运算结果设定为前数，并将后数设置为0；
- 算符：在本程序中特指 +、-、×、÷这四个运算符；
- 等号算符：用户先后输入数字、算符、数字、算符、数字、算符......，其中除了第一个输入的算符外，其他算符兼具等号的功能，我们称后面的算符为等号算符；
- C：英文CLEAR的缩写，用于清除计算过程中的全部信息；
- CE：英文CLEAR ENTRY的缩写，用于清除在算符之后输入的所有数字——后数；
- ←（回退）：用于从尾部清除后数中的一个字符；
- ±（相反数）：用于求相反数，如果后数不为0，则运算对后数生效，如果后数为0且前数不为0，则对前数生效；也可以理解为对屏幕上显示的数生效；
二、功能描述
- 常规操作：用户按顺序输入前数（屏幕将显示后数）、算符（屏幕不显示）、后数（屏幕显示后数）以及等号后，显示运算结果；
- 连续运算：用户先后输入数字、算符、数字、等号算符、数字、等号算符......，每次输入等号算符，显示运算结果，并将运算结果设置为前数，将后数设置为0；
- 重新开始：当完成一次运算（前数被设置为运算结果），此时如果用户不输入算符，而是直接输入数字，则清除此前的运算结果（相当于按键C的作用）；
- 连续两次输入算符：如果用户输入算符之后没有输入数字，而是再次输入算符，则后面输入的算符有效（前面的算符被后面的覆盖了）；
- 输入纯小数：用户有两种方法输入0.5：输入0.5或输入.5；
- 其他功能键的功能描述见上一个标题“符号与术语”。
第二节 用户界面设计
用户界面中用到了1个标签、20个按钮以及五个水平布局组件，其中20个按钮分别放置在五个水平布局组件中。水平布局组件及按钮的宽度和高度属性皆设置为“充满”。如图2-2所示。各组件的命名及属性设置见表2-1。
图2-2 计算器的用户界面设计表2-1 组件的命名及属性设置
第三节 代码编写——实现常规操作
这个应用最麻烦的地方就是用户操作的不确定性，他可能随意地、想当然地按下某个键，就像使用一个实物计算器一样，因此我们要尽可能地在功能上接近于实物计算器，给用户一种良好的使用体验。但对于我们的编程过程来说，还是应该从实现最简单的功能入手，先实现常规操作，否则将会迷失在各种不确定之中。
一、输入数字
（1）设置三个全局变量：前数、后数、算符
如第一节所述，前数与后数是运算过程中的被操作数，算符是具体的运算类型。当程序运行伊始，前数与后数的初始值均为0，算符的初始值为空（“”）；当用户输入第一串数字时，我们将这个数字保存在后数中；当用户点击算符键时，我们将算符之前输入的数字，即后数，保存在前数中，并设后数的值为0；
（2）创建点击数字过程
按照计算器的使用习惯，如果要输入数字123，会依次点击三个数字键，但三个数字的排列要用程序来处理，这里存在两种情况：
- 当后数=0时，即，当用户输入第一个数字时，让后数直接等于输入的数字；
- 当用户接着输入其他数字时，需要将后输入的数字与之前的数字进行拼接。
每输入一个数字，屏幕都会显示最新的输入结果，具体代码如图2-3所示。
图2-3 定义点击数字过程过程中的参数“数”代表用户按下的具体数字。
（3）在按钮点击事件中调用点击数字过程
当用户点击数字键1时，在点击事件处理程序中调用点击数字过程，并将按钮显示文本作为参数，传递给该过程。如图2-4所示。
图2-4 在按钮点击事件中调用点击数字过程以此类推，其他9个按钮的点击事件处理程序也将如法炮制。如图2-5所示。
图2-5 所有数字按钮的点击事件处理程序二、点击算符
（1）定义点击算符过程
如图2-6所示，点击算符过程只有一行代码，即，设全局变量算符等于新近输入的运算符。
图2-6 定义点击算符过程（2）在算符按钮点击事件中调用点击算符过程
图2-7 在算符按钮点击事件中调用点击算符过程三、点击等号
（1）创建点击等号过程
当用户输入了前数、算符及后数之后，点击等号，此时需要对算符进行判断，依据不同的算符，执行不同的运算；在运算完成后，将所得结果保存在前数中，并显示在屏幕上，同时，设置全局变量算符为空，后数=0。具体代码如图2-8所示。
图2-8 定义点击等号过程（2）在等号点击事件中调用点击等号过程
如图2-9所示，在等号点击事件中调用点击等号过程。
图2-9 调用点击等号过程四、代码测试及说明
连接手机进行测试，按照设定的规范操作计算器，计算结果正确。
这里我们创建了3个过程——点击数字、点击算符及点击等号，这三个过程是本程序中仅有的三个过程，在接下来对程序的改进中，仅仅是对这三个过程进行完善，并不会再添加新的过程。
第四节 编写代码——实现连续运算
一、代码修改
按照第一节中对连续运算功能的描述，我们需要对点击算符过程进行修改，即，点击算符不仅要执行【前数=后数、后数=0、算符=具体算符】三项操作，还要兼具等号的功能，计算出此前输入项的运算结果，这里我们需要依据某个条件来判断此次输入的算符是算符，还是等号算符，这个条件就是全局变量算符的当前值：如果算符=“”，则此次输入的算符就仅仅是算符，如果算符≠空，则此次输入的算符是等号算符。修改过的代码如图2-10所示。
图2-10 修改点击算符过程以适应连续运算这里要注意最后一行代码，原来该行代码在“如果...则”分支中，但在点击等号过程中执行了【算符=“”】的操作，因此需要重新将算符设置为本次输入的算符。
二、测试及代码修正
对代码进行测试，如果是连续输入数字、算符、数字、算符...，程序能够正确运行，但是，当中间输入等号之后，再输入算符、数字、等号后，计算结果则是错误的。
我们需要找到错误的原因。通过模拟程序执行过程、跟踪变量值的方法，可以帮我们找到原因。问题出在输入等号之后，此时： 前数=计算结果 后数=0 算符=“”
接下来输入算符，由于算符=“”，因此执行点击算符过程的“如果...则”分支，第一行代码为【前数=后数】，注意这时后数=0，因此前数并没有保留住原来的计算结果，而是被改写为0，因此后面的计算结果必然是错误的。我们为点击算符过程添加一个条件语句，来排除掉上述错误，代码如图2-11所示。
图2-11 当后数=0时，只改写算符的值为了确保我们的限定条件不会给程序埋下隐患，我们分析了所有后数=0的情况，如表2-2所示，我们逐一对照，来判断限定条件是否会限制了合理的操作。
表2-2 后数=0的所有可能情况
- 表中第1、2两条，当屏幕初始化或用户点击C之后，前数、后数均为0，此时点击算符键，再输入后数、等号（包括等号算符，下同），相当于做一次前数为零的运算，这在逻辑上是合理的，可以完成一次合理的运算；
- 表中的第3条，当用户点击CE后，前数不变，后数为0，此时点击算符键，不改变前数，只改写算符值，此后再输入后数及等号，可以完成一次合理的运算；
- 第4条，用户点击算符键后，后数为零，此时，如果用户再次点击算符键，不改变前数的值，只改变算符的值，相当于后输入的算符覆盖了前面输入的算符，这样，此后再输入后数及等号，可以完成一次合理的运算；
- 第5条，用户输入等号后，前数为运算结果，后数为零，算符为空，此时用户点击算符键，不改变前数的值，只改写算符的值，这样，此后再输入后数及等号，可以完成一次合理的运算。
以上分析虽然显得有些罗嗦，但不失为一种保障程序完备性的方法。在人类思维及机器逻辑之间存在着一个鸿沟，缜密的思考与分析，是跨越这道鸿沟的唯一方法，这是计算器应用给我们留下的经验。
第五节 编写代码——实现小数输入
一、编写按钮点击程序
到现在为止，我们的程序还只能进行整数运算，下面我们编写小数点按钮的点击事件处理程序，来实现小数的输入，代码如图2-12所示。
图2-12 小数点按钮点击事件处理程序在上述程序中，首先要对后数进行判断，查看其中是否已经有了小数点：如果后数中不包含小数点，则判断后数是否为0，如果为0，设后数为“0.”，否则直接在后数末尾添加小数点；如果后数中已经有了小数点，则程序不予响应。
二、代码测试及程序修正
测试过程是，屏幕初始化后，输入小数123.5，再输入加号，再输入小数0.5，此时，程序反应异常，预想中应该出现的0.5没有出现，屏幕上显示的是整数5。显然什么地方出现了错误。
错误出现在输入算符之后，再输入小数，与此项操作相关的有两个过程：点击算符和点击数字，我们先来检查点击数字过程。
在点击算符之后，全局变量的值发生变化：
前数=后数（或计算结果）
后数=0
算符=具体算符
此时点击0.5，看看点击数字过程如何处理：用户点击“0.5”中的5时，后数为“0.”，点击数字过程的参数值为5，此时过程执行“如果...则”分支，即，将5设置为后数，这样前面的“0.”就被覆盖了，于是就出现了测试过程中的问题。解决的方法是对后数的长度进行判断，如果是“0.”则长度为2，执行“如果...否则”分支，将5添加在“0.”之后，代码如图2-13所示。
图2-13 修改后的点击数字过程，当后数为“0.”时执行否则分支再进行测试，程序运行正确。
第六节 编写代码——实现辅助功能
一、求相反数
按照第一节功能描述中的定义，按键±用于求相反数，但究竟是求前数的相反数，还是后数的呢？原则上讲，是求屏幕上正在显示的数的相反数，那么屏幕上有时会显示前数（如按等号或等号算符之后），更多时间是显示后数，这就需要为求相反数设定一个判定条件，来决定针对哪个数求相反数。我们以后数的值为判断依据，如果后数≠0，则运算对后数生效，如果后数=0且前数≠0，则对前数生效。代码如图2-14所示。
图2-14 将屏幕上显示的数字转变为其相反数经过测试，程序运行正确。
二、删除末尾数字
按键←仅对后数有效，用于从后数的尾部删除一个数字。这个操作要用到“从字符串中截取特定长度子串”的功能，如图2-15所示。
图2-15 截取子串的代码块当点击←键时，判断后数的长度：如果后数长度≥1，则从原字符串的首位开始截取长度为（后数长度-1）的子串。代码如图2-16所示。
图2-16 删除后数的末尾数字经测试，正序运行正确。
三、清除后数
当用户点击CE按键时，会将已经输入的后数清除，或者说设置为0，并清空显示屏。代码如图2-17所示。
图2-17 点击CE时，清除后数四、清除全部信息
当用户点击C按键时，清空所有已输入的信息及运算结果，代码如图2-18所示。
图2-18 清空全部信息第七节 代码回顾
一、要素关系图
图2-19 整个程序中要素之间的关系图在图2-19中，黄色块代表按钮的点击事件处理程序，蓝色块代表过程，橙色块代表全局变量，绿色块代表组件或组件的属性。这个程序中用到的组件个数虽然多，但种类很少。从图中可以看出，关联度最高的是全局变量后数，所有的按钮点击事件都与之相关联，因此要格外小心对它的操作。
二、关键环节的状态分析
这个程序在开发过程中，有两个操作是比较容易混乱的，一是开始输入数字，二是输入小数点。为了清楚操作前后变量及组件属性的状态变化，特制作了状态表格，表2-3描述了所有可能的、输入数字前后变量及标签属性的变化，这样做的目的是便于我们把握程序的走向。
表2-3 点击数字之前的所有可能状态
需要说明的是，这个程序并未经过严格的测试，其中难免存在一些错误，如果读者发现了错误，请自行修改自己的程序，也希望能够将错误反馈给笔者，以便于改进，多谢！