从零开始打造
Godot 4计算器应用

使用Godot 4引擎和GDScript脚本语言，构建功能完备的计算器应用。本教程涵盖UI设计、核心计算逻辑、进阶功能实现，以及自定义表达式解析器开发。

GDScript Godot 4 全面指南

2 + 3 × 4 = 14

1. 项目准备与场景设置

1 创建新的Godot项目

启动Godot 4项目管理器，点击"新建项目"按钮，为项目选择合适的路径和名称（如"GodotCalculator"）。确保渲染器设置为"Forward+"或"Mobile"，这对于2D UI应用已经足够。

专业提示： 对于纯UI应用，可以选择"Mobile"渲染器以获得更好的性能表现。

2 设计计算器UI场景结构

1.2.1 添加主容器节点（Control）

在场景面板中，将默认的根节点类型更改为Control，并重命名为Calculator。这个节点将作为所有UI元素的父容器。

1.2.2 创建显示屏（Label）

添加一个Label节点作为显示屏，命名为Display。设置文本为"0"，调整字体大小，并将文本对齐方式设置为右对齐。

                # 显示组件配置示例
                $Display.theme_override.font_sizes.font_size = 48
                $Display.alignment = ALIGNMENT_RIGHT
                $Display.text = "0"
              

1.2.3 创建按钮网格（GridContainer）

添加GridContainer节点，命名为ButtonGrid。将列数设置为4，创建标准的计算器按钮布局。

1.2.4 添加数字与运算符按钮

在网格中添加所有需要的按钮，包括数字0-9、小数点、基本运算符（+、-、*、/）、清除（C）、删除（DEL）和等号（=）。

2. 核心逻辑实现：使用Expression类进行计算

2.1 了解Godot的Expression类

Godot的Expression类是一个强大的工具，用于在运行时动态解析和执行字符串形式的表达式 [121]。它可以处理各种数学运算、布尔逻辑，甚至函数调用。

Expression类的基本用法

工作流程分为两个主要步骤：

解析（Parsing）：使用 parse()方法分析表达式语法
执行（Execution）：使用 execute()方法计算结果

2.2 编写主脚本（Calculator.gd）

创建主脚本作为UI与计算引擎之间的桥梁，处理按钮点击事件、更新显示内容，并协调整个计算流程。

              extends Control

              var current_expression = ""

              func _ready():
              # 连接所有按钮的信号
              $ButtonGrid/Button1.pressed.connect(_on_number_button_pressed.bind("1"))
              $ButtonGrid/ButtonAdd.pressed.connect(_on_operator_button_pressed.bind(" + "))
              # 连接其他按钮...

              func _on_number_button_pressed(number):
              if current_expression == "0":
              current_expression = number
              else:
              current_expression += number
              $Display.text = current_expression
            

2.3 实现计算与结果显示

              func _on_equals_button_pressed():
              var expression = Expression.new()
              var error = expression.parse(current_expression)

              if error == OK:
              var result = expression.execute()
              if not expression.has_execute_failed():
              $Display.text = str(result)
              current_expression = str(result)
              else:
              $Display.text = "Error"
              current_expression = "0"
              else:
              $Display.text = "Error"
              current_expression = "0"
            

2.4 错误处理与边界情况

健壮的计算器应用必须能够妥善处理各种错误情况，包括数学错误（如除以零）和语法错误（如不完整表达式）。

错误情况

• 除以零
• 不完整表达式（如"1+"）
• 括号不匹配
• 无效运算符

处理方法

• 使用 has_execute_failed()
• 检查 parse()返回值
• 提供友好的错误提示
• 自动重置状态

3. 进阶功能实现

3.1 添加清除功能

全部清除（C）按钮

                  func _on_clear_button_pressed():
                  current_expression = ""
                  $Display.text = "0"
                

删除最后一位（DEL）按钮

                  func _on_delete_button_pressed():
                  if current_expression.length() > 0:
                  current_expression = current_expression.substr(0, current_expression.length() - 1)
                  $Display.text = current_expression if current_expression else "0"
                

3.2 扩展运算符支持

添加括号支持

括号是数学表达式中用于明确运算优先级的关键符号。Expression类天然支持括号运算。

                  func _on_left_parenthesis_pressed():
                  current_expression += "("
                  $Display.text = current_expression

                  func _on_right_parenthesis_pressed():
                  current_expression += ")"
                  $Display.text = current_expression
                

添加小数点支持

小数点功能需要处理边界情况，防止用户在同一数字中输入多个小数点。

                  func _on_decimal_button_pressed():
                  # 检查当前数字部分是否已有小数点
                  var parts = current_expression.split(" ")
                  var last_part = parts[-1]
                  if "." not in last_part:
                  if current_expression == "":
                  current_expression = "0."
                  else:
                  current_expression += "."
                  $Display.text = current_expression
                

3.3 自定义表达式预处理

为了让计算器支持更直观的数学符号（如用 ^表示幂运算），可以实现一个表达式预处理层。

              func preprocess_expression(expr: String) -> String:
              # 替换用户友好的符号
              expr = expr.replace("^", "pow")
              expr = expr.replace("√", "sqrt")
              # 添加更多替换规则...
              return expr

              # 在计算前调用预处理函数
              var processed_expr = preprocess_expression(current_expression)
              var error = expression.parse(processed_expr)
            

4. 替代方案：自定义表达式解析器

4.1 理解调度场算法

调度场算法（Shunting-Yard Algorithm）是一种经典算法，用于将中缀表达式转换为后缀表达式（Reverse Polish Notation），从而简化计算过程。

算法核心思想

使用两个数据结构：输出队列和运算符栈。算法根据运算符优先级和结合性规则，将中缀表达式转换为无需括号的后缀形式。

4.2 在GDScript中实现调度场算法

定义运算符优先级

                  const OPERATORS = {
                  "+": {"precedence": 2, "associativity": "left"},
                  "-": {"precedence": 2, "associativity": "left"},
                  "*": {"precedence": 3, "associativity": "left"},
                  "/": {"precedence": 3, "associativity": "left"},
                  "^": {"precedence": 4, "associativity": "right"}
                  }
                

实现中缀到后缀转换

                  func infix_to_postfix(expression: String) -> String:
                  var output_queue = []
                  var operator_stack = []
                  var tokens = tokenize(expression)

                  for token in tokens:
                  if token.is_valid_float():
                  output_queue.append(token)
                  elif token in OPERATORS:
                  while (operator_stack.size() > 0 and
                  operator_stack[-1] in OPERATORS and
                  OPERATORS[operator_stack[-1]]["precedence"] >= OPERATORS[token]["precedence"]):
                  output_queue.append(operator_stack.pop_back())
                  operator_stack.append(token)
                  elif token == "(":
                  operator_stack.append(token)
                  elif token == ")":
                  while operator_stack.size() > 0 and operator_stack[-1] != "(":
                  output_queue.append(operator_stack.pop_back())
                  if operator_stack.size() > 0 and operator_stack[-1] == "(":
                  operator_stack.pop_back()

                  while operator_stack.size() > 0:
                  output_queue.append(operator_stack.pop_back())

                  return " ".join(output_queue)
                

5. 完整代码示例与总结

5.1 主脚本（Calculator.gd）完整代码

              extends Control

              var current_expression = "0"

              func _ready():
              # 连接所有按钮的信号
              $ButtonGrid/Button0.pressed.connect(_on_button_0_pressed)
              $ButtonGrid/Button1.pressed.connect(_on_button_1_pressed)
              # 连接其他数字按钮...

              $ButtonGrid/ButtonAdd.pressed.connect(_on_button_add_pressed)
              $ButtonGrid/ButtonSubtract.pressed.connect(_on_button_subtract_pressed)
              # 连接其他运算符按钮...

              $ButtonGrid/ButtonEquals.pressed.connect(_on_button_equals_pressed)
              $ButtonGrid/ButtonC.pressed.connect(_on_button_c_pressed)
              $ButtonGrid/ButtonDel.pressed.connect(_on_button_del_pressed)

              # 数字按钮处理函数
              func _on_button_0_pressed():
              _append_to_expression("0")

              func _on_button_1_pressed():
              _append_to_expression("1")

              # 运算符按钮处理函数
              func _on_button_add_pressed():
              _append_to_expression(" + ")

              func _on_button_subtract_pressed():
              _append_to_expression(" - ")

              # 等号按钮处理函数
              func _on_button_equals_pressed():
              var expr = Expression.new()
              var error = expr.parse(current_expression)

              if error == OK:
              var result = expr.execute()
              if not expr.has_execute_failed():
              $Display.text = str(result)
              current_expression = str(result)
              else:
              $Display.text = "Error"
              current_expression = "0"
              else:
              $Display.text = "Error"
              current_expression = "0"

              # 清除按钮
              func _on_button_c_pressed():
              current_expression = "0"
              $Display.text = current_expression

              # 删除按钮
              func _on_button_del_pressed():
              if current_expression.length() > 1:
              current_expression = current_expression.left(current_expression.length() - 1)
              else:
              current_expression = "0"
              $Display.text = current_expression

              # 辅助函数
              func _append_to_expression(value: String):
              if current_expression == "0" and value != ".":
              current_expression = value
              else:
              current_expression += value
              $Display.text = current_expression
            

5.2 项目总结与扩展思路

核心知识点回顾

UI设计：使用Control、Label、Button和GridContainer节点构建用户界面
信号与槽：连接按钮的pressed信号到脚本函数
GDScript编程：编写脚本处理逻辑、更新UI并执行计算
Expression类：使用内置类解析和计算数学表达式
错误处理：处理除以零、无效表达式等错误情况

扩展功能建议

用户体验增强

• 历史记录功能
• 主题切换
• 键盘输入支持
• 动画效果

功能扩展

• 科学计算模式
• 记忆功能（M+、M-、MR）
• 百分比计算
• 单位转换

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