python 正则的使用 —— 编写一个简易的计算器

在 Alex 的博客上看到的对正则这一章节作业是编写一个计算器，要求能计算出下面的算式。

1 - 2 * ( (60-30 +(-40/5) * (9-2*5/3 + 7 /3*99/4*2998 +10 * 568/14 )) - (-4*3)/ (16-3*2) )

第一次编写计算器，为了理清逻辑，先编写一个 比较初级的版本，暂时只支持加减乘除。
分析上面的计算式，虽然只有加减乘除，但是还是比较复杂的运算，上面的计算式基本上是涵盖了所有加减乘除能遇到的所有情况。
我们先设一个计算器程序能达到的效果，运行程序时，程序要求用户输入一个计算式，然后程序计算结束后，返回一个值，也就是计算式最后的值。

程序比较关键的几点：
1.初步判断和处理用户提供的字符串，判断是否是正确的算式，其中包括，算式中是否出现了英文字母，左括号和右括号是否相等，去掉字符串中的空格，更复杂的判断先暂时不做。

2.计算顺序，由于计算是有优先级的，如果人工算，第一步就是去找最里层的括号，将最里层的括号的值在代出来计算运算。那么程序第一步就是判断计算式中是否有括号，如果有括号，就找到最里层的扩号，计算完后，就用得到的值来替换最里层的括号，得到一个新的字符串，在返回继续判断是否有括号，再计算，如此循环得到最后的值。

**3.那么怎么来让程序来识别哪一个括号才是最里层的括号呢？由于正则默认的是贪婪匹配，找到最外层扩号很容易，找到最里层的反而不是太容易。换个思路，只要不是最里层的括号，那么这个括号里面一定还有括号，所以最里层的括号有一个特点，就是里面不再会有其他括号了。故正则可以这样写 '\(([^()]+)\)' 。（这是这个程序实现的最关键的一点）**

4 . 程序不完善之处，这个程序只支持加减乘除四则运算，功能还不够完善；由于python 自身的原因，在计算浮点数上，有时会出现不准确的情况，这个还需要在完善一下；为了方便处理，我是将所有的数字都转化为浮点数处理，故一些整数间的运算得到的结果也会是一个浮点数，还需要继续完善。
附上代码：

```
import re
 
x = input('请输入你要计算的计算式：')   # 用户输入
# 判断用户输入的是否有字母，括号个数是否正确，同时处理字符串中的空格
 
if re.findall('[a-zA-Z]',x):
    print('输入错误，算式中出现字母！')
    exit()
if '(' in x or ')' in x:
    if x.count('(') != x.count(')'):
        print('输入错误，括号个数不正确！')
        exit()
if ' ' in x:
    x = x.replace(' ','')
 
# 定义一个处理乘法和除法的函数，在只有加减乘除的运算中，除法若是最优先运算的话，不会出错。
# 经过这个函数处理后，计算式中的 乘除法就处理完了，只剩下加减法了
def multiplication_division(calculate):
    # 在计算完括号里面的计算式时，如果得到一个负数，那么替换后会出现 '*-' '/-' '+-' '--' 这么几种情况，故函数先判断处理这种情况。
    while '*-' in calculate:
        if re.search('-[0-9.]+\*-',calculate):
            replace1 = re.search('-[0-9.]+\*-',calculate).group()
            replace = replace1.replace('*-','*')
            replace = replace.replace('-','+')
            calculate = calculate.replace(replace1,replace)
        elif re.search('\+[0-9.]+\*-',calculate):
            replace1 = re.search('\+[0-9.]+\*-', calculate).group()
            replace = replace1.replace('*-', '*')
            replace = replace.replace('+', '-')
            calculate = calculate.replace(replace1, replace)
    while '/-' in calculate:
        if re.search('-[0-9.]+/-',calculate):
            replace1 = re.search('-[0-9.]+/-',calculate).group()
            replace = replace1.replace('/-','/')
            replace = replace.replace('-','+')
            calculate = calculate.replace(replace1,replace)
        elif re.search('\+[0-9.]+/-',calculate):
            replace1 = re.search('\+[0-9.]+/-', calculate).group()
            replace = replace1.replace('/-', '/')
            replace = replace.replace('+', '-')
            calculate = calculate.replace(replace1, replace)
    while '/' in calculate:
        if re.findall('^-[0-9.]+/[0-9.]+',calculate):
            division = re.findall('-[0-9.]+/[0-9.]+',calculate)[0]
            result = re.findall('(-[0-9.]+)/([0-9.]+)',division)[0]
            result = float(result[0])/float(result[1])
            calculate = calculate.replace(division,str(result))
        else:
            division = re.findall('[0-9.]+/[0-9.]+',calculate)[0]
            result = re.findall('([0-9.]+)/([0-9.]+)',division)[0]
            result = float(result[0])/float(result[1])
            calculate = calculate.replace(division,str(result))
    while '*' in calculate:
        if re.findall('^-[0-9.]+\*[0-9.]+', calculate):
            multiplication = re.findall('-[0-9.]+\*[0-9.]+',calculate)[0]
            result = re.findall('(-[0-9.]+)\*([0-9.]+)',multiplication)[0]
            result = float(result[0])*float(result[1])
            calculate = calculate.replace(multiplication,str(result))
        else:
            multiplication = re.findall('[0-9.]+\*[0-9.]+', calculate)[0]
            result = re.findall('([0-9.]+)\*([0-9.]+)', multiplication)[0]
            result = float(result[0]) * float(result[1])
            calculate = calculate.replace(multiplication, str(result))
    return calculate
 
# 定义一个处理只有加减法的函数
def addition_subtraction(calculate):
    if '+-' in calculate:
        calculate = calculate.replace('+-','-')
    elif '--' in calculate:
        calculate = calculate.replace('--','+')
    list_number = []
    list_number_ = re.findall('[+-]?[0-9.]+',calculate)
    for i in list_number_:
        list_number.append(float(i))
    return sum(list_number)
 
# 找到最里面的括号，并传给前面的乘除法运算和加减法运算，得到最终的结果
def final(x):
    while '(' in x:
        process = re.findall('\(([^()]+)\)',x)
        for calculate in process:
            y = multiplication_division(calculate)
            y = addition_subtraction(y)
            x = x.replace('('+calculate+')',str(y))
    x = multiplication_division(x)
    return addition_subtraction(x)
print(final(x))
```