Простой калькулятор на Python

Python — это популярный и многофункциональный язык программирования с простым синтаксисом, который подходит для новичков. Его используют в разных сферах от машинного обучения до создания Телеграм-ботов. В этой статье мы рассмотрим процесс написания кода простого калькулятора на Python шаг за шагом.

Функции калькулятора

Созданный калькулятор будет иметь все базовые арифметические функции:

• сложение;

• вычитание;

• умножение;

• деление.

Также в калькуляторе будут предусмотрены расширенные функции:

• расчет процента от числа;

• возведение числа в степень;

• логарифм числа.

Например, программа сможет выполнять такие вычисления:

• 20 + 30 = 50;

• 40 - 8 = 32;

• 9 * 5 = 45;

• 25 / 5 = 5.

Определив функции программы, можно приступать к написанию кода.

Отображение результата в коде

Для отображения текста и результатов мы будем использовать функцию print(). 

В качестве примера можно написать в консоли произвольный текст:

print ('Создаем калькулятор на Python!')

Результат:

Создаем калькулятор на Python!

print 795

Результат:

795

Работа с переменными

Аналогично предыдущему примеру, рассмотрим сценарий с сохранением результата в переменную. 

Это позволит проводить вычисления:

result = 7 * 6

print(result)

Результат:

42

Обработка ввода данных

Перейдем к работе с пользовательским вводом. Обработка ввода в Python осуществляется функцией input(), которая позволяет написать строку-подсказку для пользователя. Она учитывает введенную информацию до нажатия клавиши Enter.

Рассмотрим на примере имени и фамилии два результата — без ввода строки и с ним.

name = input()  #Иван

surname = input()  #Петров

print('Ваше имя и фамилия:')

print(name)

print(surname)

Результат:

Иван 
Петров
Ваше имя и фамилия:
Иван 
Петров

Если в программе много вводимых данных, строковый аргумент в input() помогает пользователю понять, какую именно информацию нужно написать. 

На практике пример с вводом выглядит следующим образом:

name = input('Укажите имя: ')   #Иван     

surname = input('Укажите фамилию: ')  #Петров   

print('Ваше имя и фамилия: ')

print(name)

print(surname)

Результат:

Укажите имя: Иван
Укажите фамилию: Петров
Ваше имя и фамилия:
Иван
Петров

По умолчанию каждый вызов print() разделяет текст переходом на новую строку. Это можно изменить, используя параметр end с аргументом «пробел»:

name = input('Укажите имя: ')            #Иван

surname = input('Укажите фамилию: ')     #Петров

print('Ваше имя и фамилия: ', end = ' ')

print(name, end = ' ')

print(surname)

В результате имя и фамилия будут отображены в одной строке:

Укажите имя: Иван
Укажите фамилию: Петров
Ваше имя и фамилия: Иван Петров

Вместо множественных вызовов print() можно эффективно управлять выводом текста с помощью методов объединения и форматирования строк.

Методы объединения и форматирования строк

Объединение (конкатенация) строк позволяет сделать код более чистым. При этом нужно не забывать добавлять пробел между именем и фамилией для читаемости.

name = input('Укажите имя: ')            #Федор

surname = input('Укажите фамилию: ')     #Смирнов

print('Ваше имя и фамилия: ' + name + ' ' + surname)

Результат:

Укажите имя: Федор
Укажите фамилию: Смирнов
Ваше имя и фамилия: Федор Смирнов

Аналогичный результат можно получить путем форматирования строк с использованием f-строк в Python. В этом случае переменные заключаются в фигурные скобки и вставляются прямо в строку, а перед ней ставится символ 'f'.

name = input('Укажите имя: ')            #Федор

surname = input('Укажите фамилию: ')     #Смирнов

print(f'Ваше имя и фамилия: {name} {surname}')

Результат:

Укажите имя: Федор
Укажите фамилию: Смирнов
Ваше имя и фамилия: Федор Смирнов

Конвертация строк в числа

При использовании функции input() вводимые данные по умолчанию считываются как строки. Это может привести к неожиданным результатам при выполнении арифметических операций.

Некорректный пример:

first = input('Укажите первое число: ')  #70

second = input('Укажите второе число: ') #300

summ = first + second

print(f'Сумма чисел: {summ}')

Результат:

Укажите первое число: 70
Укажите второе число: 300
70300

Здесь произошла конкатенация (объединение) строк, а не сложение чисел. Чтобы калькулятор корректно выполнял сложение, строки нужно преобразовать в числа с помощью функции int().

Корректный пример:

first = int(input('Укажите первое число: '))  #70

second = int(input('Укажите второе число: ')) #300

summ = first + second

print(f'Сумма чисел: {summ}')

Результат:

Укажите первое число: 70
Укажите второе число: 300
Сумма чисел: 370

Работа с ошибками

При вводе данных, которые не могут быть преобразованы в целое число, программа выдаст ошибку. Например, если вместо числа вставить буквы.

first = int(input('Укажите первое число: '))  #abc

Результат:

Укажите первое число: abc
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'

Это связано с тем, что функция int() не может преобразовать произвольный текст в число. Чтобы избежать таких ситуаций, целесообразно организовать механизм повторного ввода, пока пользователь не внесет корректные данные. Детально разберем этот аспект ниже, при обсуждении циклов. 

Функциональная архитектура калькулятора

Вместо того чтобы писать все арифметические операции в одном большом коде, мы разобьем их на отдельные функции. Это сделает код более модульным, удобным для тестирования и последующего расширения.

Сначала определим функции для базовых арифметических операций калькулятора:

• сложение;

• вычитание;

• умножение;

• деление. 

Каждая функция примет два аргумента: first и second.

Сложение:

def summa(first, second):

    return first + second

Вычитание:

def sub(first, second):

    return first - second

Умножение:

def mult(first, second):

    return first * second

Деление:

def div(first, second):

    return first / second

После определения функций проверим их работу:

num1 = int(input('Введите первое число: '))

num2 = int(input('Введите второе число: '))

print(f'Сумма двух чисел: {summa(num1, num2)}, разность: {sub(num1, num2)}, '

      f'умножение: {mult(num1, num2)}, частное: {div(num1, num2)}')

Результат:

Введите первое число: 10
Введите второе число: 5
Сумма двух чисел: 15, разность: 5, умножение: 50, частное: 2.0

Таким образом, каждая функция выполняет свою задачу, и можно их комбинировать для решения более сложных задач.

Управление потоком выполнения: if-операторы

Условные операторы (if-операторы) в Python позволяют управлять потоком выполнения программы. 

Основной оператор if работает по простому принципу:

if условие_верно:

    # Выполняется данный блок кода

Простое сравнение чисел:

num1 = int(input('Введите первое число: '))

num2 = int(input('Введите второе число: '))

if num1 == num2:

    print('Одинаковые числа')

Результат:

Введите первое число: 9
Введите второе число: 9
Одинаковые числа

Если написать разные числа, то не будет никакого результата, так как нет инструкций для этого случая:

Введите первое число: 9
Введите второе число: 7

Для выполнения разных блоков кода в зависимости от условия используется конструкция if-else:

if условие_верно:

    # Выполняется данный блок кода

else:

    # Выполняется данный блок кода

Чтобы перебрать несколько инструкций, можно использовать ветвь if-elif-else:

if условие_1:

    # Блок кода 1

elif условие_2:

    # Блок кода 2

# ...

else:

    # Блок кода n

Пример с if-else — сравнение чисел:

num1 = int(input('Введите первое число: '))

num2 = int(input('Введите второе число: '))

if num1 == num2:

    print('Одинаковые числа')

else:

    print('Числа разные')

Результат:

Введите первое число: 10
Введите второе число: 20
Числа разные

Пример выбора операции:

oper = input('Выберите операцию (Введите +, -, * или /): ')

if oper == '+':

    print('Вы выбрали сумму')

elif oper == '-':

    print('Вы выбрали разность')

elif oper == '*':

    print('Вы выбрали умножение')

elif oper == '/':

    print('Вы выбрали деление')

else:

    print('Некорректная операция!')

Результат:

Выберите операцию (Введите +, -, * или /): *
Вы выбрали умножение
Выберите операцию (Введите +, -, * или /): Y
Некорректная операция!

Таким образом, можно управлять потоком выполнения программы, предлагая пользователю выбор операций и обрабатывая их соответствующим образом.

Сборка функций в одну программу calculator

Для оптимизации кода и его легкой поддержки создадим три основные функции:

• operation() для запроса операции от пользователя;

• calc() для выполнения математических операций;

• run() — главная функция, вызывающая остальные и управляющая ходом программы.

Функции operation() и calc():

def operation():

    mes = input('Выберите операцию (Введите +, -, * или /): ')

    if mes == '+':

        print('Вы выбрали сумму')

    elif mes == '-':

        print('Вы выбрали разность')

    elif mes == '*':

        print('Вы выбрали умножение')

    elif mes == '/':

        print('Вы выбрали деление')

    return mes


def calc(first, second, oper):

    result = None

    if oper == '+':

        result = summa(first, second)

    elif oper == '-':

        result = sub(first, second)

    elif oper == '*':

        result = mult(first, second)

    elif oper == '/':

        result = div(first, second)

    else:

        print('Некорректная операция!')

    return result

В функции operation() пользователь выбирает операцию, которая затем возвращается. В calc() мы используем словарь для упрощения выбора операции и выполнения соответствующей математической функции.

Функция run():

def run():

    first = int(input('Введите первое число: '))

    second = int(input('Введите второе число: '))

    oper = operation()

    result = calc(first, second, oper)

    print(f'Результат: {result}')

Эта функция интегрирует все предыдущие:

• запрашивает числа;

• вызывает operation() для выбора операции;

• вызывает calc() для вычисления результата, который затем выводится.

Чтобы запустить программу, нужно вызвать функцию run(). 

Результаты работы:

Введите первое число: 7
Введите второе число: 10
Выберите операцию (Введите +, -, * или /): +
Вы выбрали сумму
Результат: 17
Введите первое число: 7
Введите второе число: 10
Выберите операцию (Введите +, -, * или /): *
Вы выбрали умножение
Результат: 70
Введите первое число: 7
Введите второе число: 10
Выберите операцию (Введите +, -, * или /): er
Некорректная операция!
Результат: None

Расширение функционала калькулятора

Чтобы улучшить калькулятор, можно добавить в него больше функций.
Например:

• процент;

• возведение в степень;

• вычисление логарифма (потребуется импортировать библиотеку math).

Обновим функцию calc() следующим образом:

import math


def calc(first, second, oper):

    result = None

    if oper == '+':

        result = first + second

    elif oper == '-':

        result = first - second

    elif oper == '*':

        result = first * second

    elif oper == '/':

        result = first / second

    elif oper == '%':

        result = (first / second) * 100

    elif oper == '**':

        result = first ** second

    elif oper == 'log':

        result = math.log(first, second)

    else:

        print('Неизвестная операция!')

    return result

Теперь обновим функцию operation():

def operation():

    mes = input('''Выберите операцию (Введите +, -, *, /, %, **, log):

    + - Сложение

    - - Вычитание

    * - Умножение

    / - Деление

    % - Процент первого числа от второго

    ** - Возведение в степень

    log - Логарифм первого числа по основанию второго\n''')

    

    if mes == '+':

        print('Вы выбрали сложение')

    elif mes == '-':

        print('Вы выбрали вычитание')

    elif mes == '*':

        print('Вы выбрали умножение')

    elif mes == '/':

        print('Вы выбрали деление')

    elif mes == '%':

        print('Вы выбрали нахождение процента первого числа от второго')

    elif mes == '**':

        print('Вы выбрали возведение в степень')

    elif mes == 'log':

        print('Вы выбрали логарифм')

    else:

        print('Неизвестная операция!')

        

    return mes

Теперь в калькуляторе доступен более широкий набор операций, и пользователь четко понимает, что делает каждая из них, благодаря информативному вводу.

Для иллюстрации рассмотрим пример вычисления 30% от 100.

Введите первое число: 30
Введите второе число: 100
Выберите операцию (Введите +, -, *, /, %, **, log):
+ - сложение двух чисел
- - вычитание двух чисел 
* - произведение двух чисел
/ - деление двух чисел
% - процент первого числа от второго
** - возведение первого числа в степень второго
log - логарифм первого числа по основанию второго
%
Вы выбрали процент
Результ: 30

Обработка исключений и улучшение кода

Чтобы сделать калькулятор более надежным и удобным, нужно доработать четыре задачи:

• ошибку «деление на ноль»;

• ввод нечисловых данных;

• некорректный ввод символа операции;

• работа программы calculator после завершения (по желанию пользователя).

Чтобы решить проблему с делением на ноль, нужно модифицировать функцию calc() следующим образом:

if (second == 0):

   print('Деление на ноль запрещено!')

   return

Теперь, если пользователь попытается разделить на ноль, программа выдаст предупреждение и прекратит выполнение операции.

Для обработки ошибок ввода и некорректных символов операции будем использовать циклы и исключения. 

Использование циклов и обработка исключений

Чтобы сделать программу более устойчивой к ошибкам и удобной для пользователя, применим циклы и механизмы обработки исключений.

Для начала нужно написать список всех допустимых операций:

correct_operations = ['+', '-', '*', '/', '%', '**', 'log']

Следующим шагом будет проверка введенной операции. С помощью цикла while будем запрашивать повторный ввод, если операция некорректна:

while mes not in correct_operations:

    print('Такой операции нет в списке. Попробуйте ещё!')

    mes = input()

Для обработки ситуаций, когда введены не целые числа, добавим в функцию run() блок try-except:

try:

    first = int(input('Укажите первое число: '))

except ValueError:

    first = int(input('Вы ввели некорректные данные. Пожалуйста, введите целое число.'))

try:

    second = int(input('Укажите второе число: '))

except ValueError:

    second = int(input('Вы ввели некорректные данные. Пожалуйста, введите целое число.'))

Для возможности продолжения работы с калькулятором после завершения одной операции, добавим следующий код:

progam_is_running = True

while(progam_is_running):

    run()

    answer = input('Желаете продолжить?\n'

      ' Введите + если да и прочий символ, если нет: ')

    if answer != '+':

        progam_is_running = False

Таким образом, программа будет работать в цикле до тех пор, пока пользователь не решит завершить ее работу.

В итоге, полный готовый код будет включать все вышеперечисленные блоки, начиная от функций для каждой операции и заканчивая обработкой исключений и циклическим запуском.

import math


def summa (first, second):

    return first + second


def sub (first, second):

    return first - second


def mult (first, second):

    return first * second


def div (first, second):

    return first / second


def calc(first, second, oper):

    result = None

    if oper == '+':

        result = summa(first, second)

    elif oper == '-':

        result = sub(first, second)

    elif oper == '*':

        result = mult(first, second)

    elif oper == '/':

        if (second == 0):

            print('Деление на ноль запрещено!')

            return

        result = div(first, second)

    elif oper == '%':

        result = first / second * 100

    elif oper == '**':

        result = first ** second

    elif oper == 'log':

        result = math.log(first, second)

    else:

        print('Некорректная операция!')

    return result


def operation():

    mes = input('Выберите операцию (Введите +, -, *, /, %, **, log):\n '

                '+ - сложение двух чисел\n'

                '- - вычитание двух чисел\n'

                '* - умножение двух чисел\n'

                '/ - деление двух чисел\n'

                '% - процент первого числа от второго\n'

                '** - возведение первого числа в степень второго\n'

                'log - логарифм первого числа по основанию второго\n')

    if mes == '+':

        print('Вы выбрали сумму')

    elif mes == '-':

        print('Вы выбрали разность')

    elif mes == '*':

        print('Вы выбрали умножение')

    elif mes == '/':

        print('Вы выбрали деление')

    elif mes == '%':

        print('Вы выбрали нахождение процента первого числа от второго')

    elif mes == '**':

        print('Вы выбрали возведение в степень')

    elif mes == 'log':

        print('Вы выбрали логарифм')


    correct_operations = ['+', '-', '*', '/', '%', '**', 'log']

    while mes not in correct_operations:

        print('Такой операции нет в списке. Попробуйте ещё!')

        mes = input()


    return mes


def run():

    try:

        first = int(input('Укажите первое число: '))

    except ValueError:

        first = int(input('Вы ввели некорректные данные. Пожалуйста, введите целое число.'))

    try:

        second = int(input('Укажите второе число: '))

    except ValueError:

        second = int(input('Вы ввели некорректные данные. Пожалуйста, введите целое число.'))

    op = operation()

    result = calc(first, second, op)

    print(f'Результат: {result}')


progam_is_running = True

while(progam_is_running):

    run()

    answer = input('Желаете продолжить?\n'

      ' Введите + если да и прочий символ, если нет: ')

    if answer != '+':

        progam_is_running = False

Заключение

На этом процесс создания калькулятора на Python можно считать завершенным. Мы разобрали основные арифметические операции, добавили дополнительный функционал и учли обработку ошибок. Теперь вы знаете не только основы языка, но и принципы хорошего программирования: структурирование кода, обработка исключений и взаимодействие с пользователем. Это хорошее начало для изучения Питона и дальнейшей разработки более сложных программ. Надеемся, что этот материал окажется полезным в вашем обучении и профессиональном росте.