SmartCalc

SmartCalc 是一个使用 C++17、CMake 和 Qt Widgets 规划开发的智能科学计算器课程项目。 项目计划支持普通表达式计算、科学计算、复数、矩阵、函数绘图、单位转换、 历史记录和设置管理。

当前状态

模块	状态
math	已实现并有测试
core	文件已创建，内容待实现
storage	文件已创建，内容待实现
utils	文件已创建，内容待实现
gui	文件已创建，内容待实现
main.cpp	待实现

当前只有数学模块具有实际功能。其他模块仍是项目骨架，完整程序暂时没有界面和交互入口。

项目结构

SmartCalc/
|-- src/
|   |-- core/       表达式解析与求值
|   |-- math/       数学数据结构与算法
|   |-- storage/    历史记录和设置存储
|   |-- utils/      通用辅助工具
|   |-- gui/        Qt 图形界面
|   `-- main.cpp    程序入口
|-- tests/          测试代码
|-- CMakeLists.txt  CMake 构建配置
|-- .gitignore      Git 忽略规则
`-- README.md       项目开发说明

文件说明

src/math

数学模块已经实现，可以独立使用。

文件	意义
ComplexNumber.h	声明复数类，保存实部和虚部，提供四则运算、模长和共轭功能
ComplexNumber.cpp	实现复数类中的计算逻辑和除零检查
Matrix.h	声明矩阵类，保存矩阵数据并提供基本矩阵操作
Matrix.cpp	实现矩阵创建、元素访问、加减、乘法、数乘和转置
MatrixSolver.h	声明矩阵高级计算类
MatrixSolver.cpp	实现行列式、逆矩阵、高斯消元和线性方程组求解
ScientificFunction.h	声明三角函数、对数、开方、乘方和阶乘等科学计算接口
ScientificFunction.cpp	实现科学计算及参数范围检查
FunctionSampler.h	声明采样点结构和函数采样类
FunctionSampler.cpp	在指定区间等距计算函数值，为曲线绘图生成坐标点
UnitConverter.h	声明角度、长度和温度单位及转换接口
UnitConverter.cpp	实现角度、长度和温度之间的换算

src/core

表达式核心模块目前为空，计划负责把用户输入的表达式转换为计算结果。

文件	意义
Token.h/.cpp	表示数字、运算符、括号和函数名等
Lexer.h/.cpp	将表达式字符串拆分成 Token 序列
Parser.h/.cpp	检查表达式语法和运算符优先级，生成表达式树
ASTNode.h/.cpp	定义抽象语法树节点，保存表达式结构
Evaluator.h/.cpp	遍历表达式树并计算最终结果
OperatorTable.h/.cpp	统一保存运算符优先级、结合方向等规则
CalcException.h/.cpp	定义非法字符、语法错误和除零等计算异常

计划中的调用过程：

表达式字符串 -> Lexer -> Token -> Parser -> ASTNode -> Evaluator -> 结果

src/storage

存储模块目前为空，计划负责历史记录和程序设置的持久化。

文件	意义
HistoryRecord.h/.cpp	表示一条计算历史，例如表达式、结果和时间
HistoryManager.h/.cpp	管理历史记录的添加、删除、查询和保存
SettingsManager.h/.cpp	管理精度、角度模式和界面主题等设置
JsonStorage.h/.cpp	负责 JSON 文件的读取和写入

src/utils

工具模块目前为空，用于存放多个模块都会使用的辅助功能。

文件	意义
StringUtil.h/.cpp	字符串去空格、分割和大小写转换等操作
NumberFormat.h/.cpp	控制计算结果的小数位数和显示格式
TimeUtil.h/.cpp	获取和格式化时间，主要供历史记录使用

src/gui

GUI 模块目前为空，计划使用 Qt Widgets 实现。

文件	意义
MainWindow.h/.cpp	主窗口，负责菜单、导航和功能页面组织
BasicCalcPage.h/.cpp	普通四则运算页面
ScientificPage.h/.cpp	科学计算和单位转换页面
MatrixPage.h/.cpp	矩阵输入、计算和结果显示页面
PlotPage.h/.cpp	函数输入、采样和曲线绘制页面
HistoryPage.h/.cpp	历史记录显示和管理页面
SettingsDialog.h/.cpp	程序设置对话框

GUI 只负责接收输入和显示结果，具体算法应放在 core 或 math 中。

src/main.cpp

程序入口。当前为空。

GUI 完成后，该文件负责创建 QApplication、显示 MainWindow 并启动 Qt 事件循环。 当前 CMake 会在它没有 main() 时生成一个临时入口，以便其他模块可以先编译。

tests

文件	意义
test_matrix.cpp	测试矩阵基本运算、行列式、逆矩阵和线性方程组
test_math.cpp	测试复数、科学函数、函数采样和单位转换
test_expression.cpp	预留给表达式解析与求值测试，目前为空
test_exception.cpp	预留给异常处理测试，目前为空

根目录文件

文件	意义
CMakeLists.txt	定义项目、模块库、Qt 查找方式、可执行程序和测试目标
.gitignore	忽略构建输出、IDE 配置和临时文件
README.md	说明项目结构和每个文件的职责

模块关系

main
  |
  v
gui
  |---- core       表达式解析与求值
  |---- math       数学计算
  |---- storage    历史记录和设置
  `---- utils      通用辅助工具

构建方法

不使用 Qt 构建当前项目：

cmake -S . -B build -DSMARTCALC_ENABLE_QT=OFF
cmake --build build

构建现有测试：

cmake -S . -B build `
  -DSMARTCALC_ENABLE_QT=OFF `
  -DSMARTCALC_BUILD_TESTS=ON

cmake --build build --target test_math test_matrix
ctest --test-dir build -R "^(math|matrix)$" --output-on-failure

test_expression 和 test_exception 目前为空，不需要构建。

开发约定

• 类声明放在 .h，实现放在同名 .cpp。
• 头文件引用统一从 src 开始，例如 #include "math/Matrix.h"。
• GUI 中不直接实现数学算法或文件存储。
• 新增文件后要加入 CMakeLists.txt 对应模块。
• 新增功能时同时补充测试和本 README 的文件说明。
• 浮点数测试应使用误差比较，不要直接判断完全相等。
• 参数非法时使用异常报告错误。