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简易计算器GUI程序

[Version information]
Version    | Date       | Author       | Summary
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v1.0.0    | 2025-04-15 | Lucy      | 初始版本，实现基本加减乘除法功能

[Author information]
Teams：Python学习
Developer：Lucy <2085520973@qq.com>
Code Reviewer：Xuekun Lu <luxuekun@forling.cn>
Git Repo：https://git.forling.cn/luxuekun/calculator.git
License：MIT

[功能说明]
实现带图形界面的四则运算计算器，支持以下特性：
1. 基础运算：加减乘除
2. 连续运算功能
3. 错误处理机制
4. 历史记录显示（开发中）

代码结构说明：
 1.全局状态：使用三个变量跟踪计算器状态
 2.样式配置：集中管理颜色、字体等视觉元素
 3.事件处理：5个函数处理不同按钮的点击逻辑
 4.界面构建：分模块创建各个界面组件
 5.布局管理：使用grid布局实现计算器按键矩阵

学习重点：
 1.StringVar的使用：实现显示内容的动态更新
 2.lambda表达式：用于传递参数的按钮命令绑定
 3.全局状态管理：如何处理连续运算的中间状态
 4.异常处理：保证程序在错误输入时不会崩溃
 5.布局技巧：grid布局的跨列(rowspan)和跨行(columnspan)使用

测试建议：
 1.测试乘法：5 × 3 = 15
 2.测试除法：9 ÷ 3 = 3
 3.测试除零：5 ÷ 0 → 显示"除零错误"
 4.连续运算测试：2 + 3 = 5 → × 4 = 20
"""

# 导入Tkinter图形界面库（Python标准库）
import tkinter as tk

# ==================== 全局状态变量 ====================
# 这些变量用于跟踪计算器的当前状态
current_input = ""  # 存储用户当前输入的数字（字符串形式，如"12.34"）
first_operand = None  # 存储第一个运算数字（当用户点击运算符时保存）
operator = None  # 存储当前选择的运算符（+/-等）

# ==================== 界面样式常量配置 ====================
# 使用字典统一管理样式，方便后期修改和维护
COLORS = {
    'operator': '#b1b2b2',  # 运算符按钮背景色（浅灰色）
    'number': '#eacda1',  # 数字按钮背景色（米黄色）
    'equal': '#eacda1'  # 等号按钮背景色（与数字键相同）
}

FONT = {
    'main': ('宋体', 20),  # 显示屏字体（字体，字号）
    'button': ('宋体', 16)  # 按钮字体
}

LAYOUT = {
    'pad': 4,  # 按钮之间的水平间距（单位：像素）
    'margin': 2  # 按钮之间的垂直间距
}


# ==================== 事件处理函数 ====================
# 以下函数用于响应按钮点击事件

def on_number_click(char):
    """处理数字和小数点按钮点击事件
    参数：char - 按钮对应的字符（0-9 或 .）
    """
    global current_input  # 声明使用全局变量

    # 处理小数点输入限制
    if char == '.' and '.' in current_input:
        return  # 如果已包含小数点，不做任何操作

    current_input += char  # 将新字符追加到当前输入
    result_var.set(current_input)  # 更新显示屏内容


def on_operator_click(op):
    """处理运算符按钮点击事件（+/-/*//）
    参数：op - 运算符符号（字符串）
    """
    global first_operand, operator, current_input

    if current_input:  # 确保有输入值时才执行
        first_operand = float(current_input)  # 将当前输入转为浮点数存储
        operator = op  # 记录运算符
        current_input = ""  # 清空当前输入，准备接收第二个数字
        result_var.set(op)  # 在显示屏显示当前运算符


def calculate():
    """执行计算并显示结果"""
    global current_input, first_operand, operator

    # 有效性检查：确保三个要素都存在
    if first_operand is None or operator is None or not current_input:
        return

    try:
        second_operand = float(current_input)  # 将当前输入转为浮点数

        # 根据运算符执行计算（新增乘除运算）
        if operator == '+':
            result = first_operand + second_operand
        elif operator == '-':
            result = first_operand - second_operand
        elif operator == '*':
            result = first_operand * second_operand
        elif operator == '/':
            if second_operand == 0:
                raise ZeroDivisionError
            result = first_operand / second_operand
        else:
            return  # 无效运算符

        # 格式化显示结果：整数去零，小数保留10位
        if result.is_integer():
            current_input = str(int(result))  # 5.0 → 5
        else:
            # 去除末尾多余的零和小数点
            formatted = "{:.10f}".format(result).rstrip('0').rstrip('.')
            current_input = formatted if formatted else "0"

        result_var.set(current_input)  # 更新显示

        # 保留计算结果作为下一次运算的第一个操作数
        first_operand = float(current_input)
        operator = None  # 重置运算符需手动选择

    except ZeroDivisionError:
        result_var.set("除零错误")
        # reset_calculator()
    except Exception as e:
        result_var.set("错误"+e.__cause__)  # 显示错误提示
        # reset_calculator()  # 重置计算器


def reset_calculator():
    """重置所有状态到初始值"""
    global current_input, first_operand, operator
    current_input = ""
    first_operand = None
    operator = None
    result_var.set('0')  # 显示屏归零


def backspace():
    """删除最后一个输入的字符"""
    global current_input
    if current_input:
        current_input = current_input[:-1]  # 移除最后一个字符
        result_var.set(current_input if current_input else '0')  # 显示剩余内容或0


# ==================== 主窗口初始化 ====================
# 创建主窗口并设置基本属性
root = tk.Tk()  # 创建Tkinter主窗口对象
root.title('简易计算器')  # 窗口标题
root.geometry('295x280+100+100')  # 窗口尺寸（宽x高）和初始位置（x+y）
root.attributes("-alpha", 0.9)  # 设置窗口透明度（0.0完全透明-1.0不透明）

# ==================== 结果显示区域 ====================
# 使用StringVar实现动态更新显示内容
result_var = tk.StringVar(value='0')  # 创建绑定到显示区域的变量

# 创建显示标签（显示屏）
display = tk.Label(
    root,
    textvariable=result_var,  # 绑定动态变量
    font=FONT['main'],  # 使用主字体
    height=2,  # 高度（行数）
    width=20,  # 宽度（字符数）
    justify=tk.LEFT,  # 文本左对齐
    anchor=tk.SE  # 文本定位到右下角（东南角）
)
# 使用grid布局管理器定位，跨4列显示
display.grid(row=1, column=1, columnspan=4)

# ==================== 操作符按钮行 ====================
# 定义第一行操作符按钮的配置（清除、退格、除、乘）
operator_buttons = [
    # 格式：（显示文本, 行号, 列号, 点击命令）
    ('c', 2, 1, reset_calculator),  # 清除按钮
    ('←', 2, 2, backspace),  # 退格按钮
    ('/', 2, 3, lambda: on_operator_click('/')),  # 除法按钮
    ('×', 2, 4, lambda: on_operator_click('*'))  # 乘法按钮
]

# 批量创建操作符按钮
for text, row, col, command in operator_buttons:
    tk.Button(
        root,
        text=text,
        width=5,  # 按钮宽度（字符数）
        font=FONT['button'],  # 使用按钮字体
        relief=tk.FLAT,  # 扁平化按钮样式
        bg=COLORS['operator'],  # 设置背景色
        command=command  # 绑定点击事件处理函数
    ).grid(
        row=row,
        column=col,
        padx=LAYOUT['pad'],
        pady=LAYOUT['margin']
    )

# ==================== 数字按钮布局 ====================
# 定义数字按钮的布局配置（使用嵌套元组）
button_configs = [
    # 每行按钮配置（格式：(按钮1配置, 按钮2配置, ...)）
    # 第三行：7、8、9、减号
    (('7', 3, 1), ('8', 3, 2), ('9', 3, 3), ('-', 3, 4, lambda: on_operator_click('-'))),
    # 第四行：4、5、6、加号
    (('4', 4, 1), ('5', 4, 2), ('6', 4, 3), ('+', 4, 4, lambda: on_operator_click('+'))),
    # 第五行：1、2、3
    (('1', 5, 1), ('2', 5, 2), ('3', 5, 3)),
    # 第六行：0、小数点
    (('0', 6, 1), ('.', 6, 3))
]

# 遍历配置创建数字按钮
for row_group in button_configs:
    for config in row_group:
        # 解析按钮配置
        parts = list(config)
        text, row, col = parts[0:3]  # 前三个元素固定

        # 确定点击命令：数字/小数点调用on_number_click，运算符调用on_operator_click
        command = parts[3] if len(parts) > 3 else (lambda t=text: on_number_click(t))

        # 创建按钮对象
        btn = tk.Button(
            root,
            text=text,
            width=5 if text != '0' else 12,  # 0按钮特殊宽度
            font=FONT['button'],
            relief=tk.FLAT,
            bg=COLORS['number'] if text in '1234567890.' else COLORS['operator'],
            command=command  # 绑定点击事件
        )

        # 布局按钮（0按钮需要跨列）
        if text == '0':
            btn.grid(
                row=row,
                column=col,
                columnspan=2,  # 跨2列
                padx=LAYOUT['pad'],
                pady=LAYOUT['margin']
            )
        else:
            btn.grid(
                row=row,
                column=col,
                padx=LAYOUT['pad'],
                pady=LAYOUT['margin']
            )

# ==================== 等号按钮 ====================
# 创建特殊尺寸的等号按钮
tk.Button(
    root,
    text='=',
    width=5,  # 宽度（字符数）
    height=3,  # 高度（行数）
    font=FONT['button'],
    relief=tk.FLAT,
    bg=COLORS['equal'],  # 使用等号专用颜色
    command=calculate  # 绑定计算函数
).grid(
    row=5,
    column=4,
    rowspan=2,  # 跨5-6两行
    padx=LAYOUT['pad'],
    pady=LAYOUT['margin']
)

# ==================== 启动程序 ====================
root.mainloop()  # 进入Tkinter事件循环，等待用户操作