step05 課題レポート1：電卓を作ろう

ここまでの講座で、

• イベント駆動アプリの原理
• tkinterライブラリの使い方
• 各種ウィジェットの制御や配置

• ウィジェットはボタンとエントリーの2種類
  • ボタンは入力だけ
  • エントリーは出力だけ
• イベントは「ボタンが押された」の1つだけ
• イベントハンドラは、すべて「何か計算をして、結果をエントリーに表示する」という同じ形式を持つ

電卓の動作を知る

まず、各自、持って来た電卓をいじって、動作を観察しよう。PCやスマホの電卓でも悪くはないけれど、できればここは、安物でもいいから本物の電卓でありたい。テキストファイルか紙に、メモを取りながら観察すると、理解がはやいだろう。
普段見慣れた（気になっている）電卓だが、それぞれのキーを押したどきの動作、つまり各キーの役割を正確に把握していた人は、意外に少ないのではないだろうか？ たとえば、「＋キーは何をするキーですか？」と聞くと、たいていの人は「足し算をします」と答えるのだが、それは間違っている。＋キーは足し算をしない。より正確にいえば、＋キーが押された時には、電卓はまだ足し算をやれるだけのデータを持っていないのである。では、＋キーは何をするのか？ 足し算をするのは誰か？ 電卓をじっくり観察しているうちに、正解は自ずと分かるだろう。
観察のポイント：

• どんなキーがあるか。それらの役割はなにか
• キーや液晶表示部の配置はどうか
• 計算の時、一時的に記憶しなければならないデータは何と何か^※1
• 表示される数値と切替のタイミング。たとえば「１２３＋４５６＝」と押したとき、表示はどう推移するか
• その他、計算のために必要な仕組みはなにか

1　本物の電卓では、これらのデータはLSIチップ中のレジスタという記憶装置に格納されるが、プログラムではもちろん変数に格納する。

モックアップ電卓(Level0)

図5-1に起動時の画面を示す。

モックアップの名前通り、いかにもちゃんと動きそうだが、まだ何もできない。ケータイ屋に並んでいるスマホのモックアップと同じ。「1」のキーを押しても「1」の表示がでない。それも当然で、tkinterのエントリーとボタンを、grid方式でそれらしく配置しただけなのである。すべての動作は、これから実装するボタンのイベントハンドラにかかっている。
この段階であまり手間取っても学習時間のムダだから、このレベルのプログラムは、リスト5-1に公開する。より高いレベルの電卓をプログラムする際のテンプレート（ひな形）に使ってほしい。

前stepで、ボタンやエントリーを含むウィジェットの使用法はみっちりと学んだので、読むのに苦労はいらないだろうが、初出の部分を含めて簡単に解説する。
電卓ウィンドウ（アプリ）のための電卓クラスを設けた。作成（初期化）メソッドでは、以下の手順で電卓の見た目を作っている。

1. トップレベルのフレームを作り、余白を設定する。
2. 電卓のボタン（キー）の定義を、リストButtonDefとしてまとめておく。各要素は、(ボタンを置くcolumn, row, キートップのラベル, イベントハンドラ関数)という4つ組のタプルだ。
3. ButtonDefをなぞりながら、（トップレベルフレームの）gridのマス目に、ボタンを配置してゆく。各マス目にボタンが上下左右一杯になるよう指定している(sticky = tk.N +tk.E + tk.S + tk.W)。
4. gridの0行目に左右4列ぶち抜きで、数字が表示されるエントリーを配置する。
5. ボタンとエントリーのフォント設定の文法については、リファレンスマニュアルの107ページ 27.3.Resource specification linesを参照のこと。

整数電卓(Level1)

図5-2に起動時の画面を示す。図5-1のモックアップ電卓と、見た目は何も変わらないが、この電卓は整数に限ればどんな計算でもできる。

整数の四則演算だけができる電卓を作る。実装するボタン（キー）は以下の通り。各キーの役割（ふるまい）を、よく考えよう。

• １～０（数字キー）
• ＋－＊／（加減乗除）
• ＝（イコール）
• Ｃ（クリア）

小数計算付き電卓(Level2)

いわゆる普通の電卓である。図5-3に起動時の画面を示す。図5-2に示した整数電卓と、見た目上の違いは「．（小数点）」キーが増えただけだ。

つまり、小数点キーの役割を考え、イベントハンドラとしてプログラムすればいいだけなのだが、これが中々難しい。実物の電卓を観察すると、小数点ボタンを押す前と押した後では電卓の動作が違うことがわかる。つまり、動作に2種類のモードがあるのだ。ここでは仮に、

• 整数モード
• 小数モード

整数モード

入力した数字は常に「１」の位に入力される。それ以前に入力されていた数は、1桁繰り上がる。

小数モード

入力した数字は、それ以前に入力されていた数の1桁右（つまり1/10）の位に入る。以後順々に、入力される位が右に移動する。

多機能電卓(Level3)

図5-4に起動時の画面を示す。さまざまなキーが追加され、実物の電卓と同等かそれ以上の機能を備えている。

Level1、Level2の電卓が完成した人は、さらにさまざまなボタンを追加して、その機能をプログラムしてみよう。追加するキーの種類は、各自の自由とするが、たとえば、

• M+、M-、MC、MR、MS（メモリキー^※2）
• 税込、税抜（消費税計算）
• √（平方根）
• ±（負数入力）

2　これらのキーの役割は、講師にとって長年の謎だったが、この講座で電卓を作って、ようやく理解できた。なにこれ便利！

• プログラマ電卓
• 会計士電卓
• 年月日／時刻計算電卓
• 元号／年齢計算電卓
• 建築士電卓
• 漢数字電卓
• 二重帳簿用電卓
• 複数の表示窓を持ち、計算式や結果が表示される電卓
• さらにそれらを、テキストファイルやEXCELファイルに記録する電卓