mathtool2/lib/symja.dart

import 'package:flutter/foundation.dart';
import 'package:flutter/services.dart';

/// 与 Java 内核通信的通道。原生侧注册在 [MainActivity]。
const MethodChannel symjaChannel = MethodChannel('com.nonvioce.cal/symja');

/// 一次求值的结果。
class SymjaResult {
  /// Symja 的纯文本输出，例如 `x^3/3`。
  final String text;

  /// 同一结果的 LaTeX 形式，例如 `\frac{{x}^{3}}{3}`。
  ///
  /// 为 null 表示没生成（结果太长，或格式化失败）——此时只显示 [text]。
  final String? tex;

  final int elapsedMs;

  const SymjaResult({required this.text, this.tex, required this.elapsedMs});
}

/// 一条历史记录，成功或失败都有。
class SymjaEntry {
  final String input;
  final SymjaResult? result;
  final String? error;
  final DateTime at;

  SymjaEntry({required this.input, this.result, this.error, DateTime? at})
    : at = at ?? DateTime.now();

  bool get ok => result != null;
}

class SymjaVariable {
  final String name;
  final String value;
  const SymjaVariable(this.name, this.value);

  @override
  String toString() => '$name = $value';
}

/// 采样结果（绘图用）。ys[i] 对应 x = from + i * (to - from) / (ys.length - 1)。
class SymjaSamples {
  final double from;
  final double to;

  /// 非数值结果（断点处的 ComplexInfinity / Indeterminate 等）是 NaN。
  final List<double> ys;

  final int elapsedMs;

  const SymjaSamples({
    required this.from,
    required this.to,
    required this.ys,
    required this.elapsedMs,
  });

  double xAt(int i) =>
      ys.length <= 1 ? from : from + i * (to - from) / (ys.length - 1);
}

/// Symja 侧的失败。
class SymjaException implements Exception {
  final String message;
  const SymjaException(this.message);

  @override
  String toString() => message;
}

/// 会话 —— 所有 Symja 交互的唯一入口。
///
/// 真正的求值全部发生在 Java 侧的**同一条专用线程**上串行执行：Symja 的
/// EvalEngine 非线程安全，实测并发调用会算错（30/40 次异常）甚至空转卡死。
/// 这里只负责发起、取消、以及维护 UI 状态。
class SymjaSession extends ChangeNotifier {
  static const Duration defaultTimeout = Duration(seconds: 15);

  /// 历史，新的在后。
  final List<SymjaEntry> history = [];

  /// 当前的全局变量（由 [refreshVariables] 刷新）。
  List<SymjaVariable> variables = const [];

  /// 是否有求值正在进行。
  bool busy = false;

  /// 保留多少条历史。
  int maxHistory = 200;

  /// 结果用**近似值**还是**精确值**。默认精确。
  ///
  /// 精确是 Symja 的天然行为（`1/3` 就是 `1/3`，`Sqrt[2]` 就是 `Sqrt[2]`），
  /// 也是符号计算的意义所在，所以默认不开。开起来时给表达式套一层 `N[expr, 30]`。
  bool approximate = false;

  /// 近似模式下保留几位**小数**。
  ///
  /// 15 位是刻意选的：再高就放不下了。`N[1/3, 30]` 会给出三十多个字符的长串，
  /// 手机上怎么看都显示不全（用户实测反馈）。15 位比一般科学计算器还多，
  /// 而且刚好一屏能看完。
  int approximateDigits = 15;

  static final _assignment = RegExp(r'=(?!=)');

  /// 按当前模式把表达式包成近似求值。
  ///
  /// **跳过带赋值的表达式**：`a = 1/3` 包成 `N[a = 1/3]` 就变成"先赋值再取近似"，
  /// 显示和存储都可能走样；`f[x_] := x^2` 更会被直接毁掉。
  /// `=(?!=)` 恰好放过 `==`（方程），所以 `Solve[x^2-1==0, x]` 不受影响。
  String _applyMode(String expr) {
    if (!approximate) return expr;
    if (_assignment.hasMatch(expr)) return expr;
    // 保留 k 位小数。用 Round 而不是 N[expr, k]：Symja 的 N 忽略第二个参数
    return 'N[Round[$expr, 1/10^$approximateDigits]]';
  }

  int _seq = 0;
  int? _running;

  /// 当前正在跑的任务 id，没有则为 null。
  int? get runningTaskId => _running;

  /// 求值一个表达式。
  ///
  /// [expr] 里的 `%` 由原生侧替换成上一次的用户可见结果（不是由 Symja 自己处理，
  /// 因为任何内部 eval 都会污染 Symja 的 `%`，见 SymjaBridge 的类注释）。
  ///
  /// 失败时抛 [SymjaException]，同时失败本身也会记进 [history]。
  Future<SymjaResult> evaluate(
    String expr, {
    Duration timeout = defaultTimeout,
    bool wantTeX = true,
  }) async {
    final input = expr.trim();
    if (input.isEmpty) {
      throw const SymjaException('表达式为空');
    }

    final id = ++_seq;
    _running = id;
    busy = true;
    notifyListeners();

    try {
      final m = await symjaChannel.invokeMapMethod<String, dynamic>(
        'evaluate',
        {
          'taskId': id,
          'expr': _applyMode(input),
          'timeoutMs': timeout.inMilliseconds,
          'wantTeX': wantTeX,
          // 显式声明这不是预览：预览不更新 `%`，正式求值要更新
          'preview': false,
        },
      );

      if (m == null || m['ok'] != true) {
        _record(input, error: '${m?['error'] ?? '原生侧返回了空结果'}');
        throw SymjaException('${m?['error'] ?? '原生侧返回了空结果'}');
      }

      final r = SymjaResult(
        text: '${m['text']}',
        tex: m['tex'] as String?,
        elapsedMs: (m['ms'] as num?)?.toInt() ?? 0,
      );
      _record(input, result: r);
      return r;
    } on PlatformException catch (e) {
      final msg = '通道错误 ${e.code}: ${e.message}';
      _record(input, error: msg);
      throw SymjaException(msg);
    } finally {
      if (_running == id) {
        _running = null;
        busy = false;
        notifyListeners();
      }
    }
  }

  /// 实时预览：求值但**不记进历史、也不影响 `%`**。
  ///
  /// 计算器边输入边预览走这条路（原生侧收到 preview=true 就不更新 lastOutput）。
  /// 不动 [busy]——预览不该把界面变成"计算中"。
  Future<SymjaResult?> preview(String expr) async {
    final input = expr.trim();
    if (input.isEmpty) return null;
    try {
      final m = await symjaChannel.invokeMapMethod<String, dynamic>(
        'evaluate',
        {
          'taskId': ++_seq,
          'expr': _applyMode(input),
          'timeoutMs': 4000,
          'wantTeX': true,
          'preview': true,
        },
      );
      if (m == null || m['ok'] != true) return null;
      return SymjaResult(
        text: '${m['text']}',
        tex: m['tex'] as String?,
        elapsedMs: (m['ms'] as num?)?.toInt() ?? 0,
      );
    } on PlatformException {
      // 预览失败静默即可——用户按 = 的时候会看到真正的错误
      return null;
    }
  }

  /// 求值但**不记历史、不动 `%`**，失败抛 [SymjaException]。
  ///
  /// 工具页做内部计算用它：那些表达式不是用户在控制台里敲的，塞进历史只是噪音；
  /// 而 [preview] 会把错误吞掉，工具却需要把错误显示出来。
  ///
  /// 默认**不套**顶栏那个「精确 / 近似」开关（[applyMode]），工具要近似值时
  /// 自己在表达式里写 `N[...]` —— 否则"精确值"那一条也会被改写成近似值，
  /// 两条输出就没区别了。
  Future<SymjaResult> compute(
    String expr, {
    Duration timeout = const Duration(seconds: 20),
    bool wantTeX = true,
    bool applyMode = false,
  }) async {
    final input = expr.trim();
    if (input.isEmpty) throw const SymjaException('表达式为空');
    try {
      final m = await symjaChannel.invokeMapMethod<String, dynamic>(
        'evaluate',
        {
          'taskId': ++_seq,
          // 工具页传 applyMode: false —— 它在表达式里自己写 N[...]，
          // 不该被计算器顶栏那个"精确 / 近似"开关二次改写（否则"精确值"
          // 那一条也会变成近似值，两条输出就没区别了）。
          'expr': applyMode ? _applyMode(input) : input,
          'timeoutMs': timeout.inMilliseconds,
          'wantTeX': wantTeX,
          // preview=true 同时意味着原生侧不更新 lastOutput，
          // 所以工具算完不会顶掉用户在计算器上按 ANS 拿到的东西。
          'preview': true,
        },
      );
      if (m == null || m['ok'] != true) {
        throw SymjaException('${m?['error'] ?? '未知错误'}');
      }
      return SymjaResult(
        text: '${m['text']}',
        tex: m['tex'] as String?,
        elapsedMs: (m['ms'] as num?)?.toInt() ?? 0,
      );
    } on PlatformException catch (e) {
      throw SymjaException('通道错误 ${e.code}: ${e.message}');
    }
  }

  /// 取消当前求值。原生侧只是取消 Future，Symja 自身不一定能立刻中断
  /// （复杂表达式可能要算完才返回）。
  Future<void> cancel() async {
    final id = _running;
    if (id == null) return;
    await symjaChannel.invokeMethod<Object?>('cancel', <String, dynamic>{
      'taskId': id,
    });
  }

  /// 在 [from, to] 上均匀取 [count] 个点求值，用于绘图。
  Future<SymjaSamples> sample(
    String expr, {
    String variable = 'x',
    required double from,
    required double to,
    int count = 200,
    Duration timeout = const Duration(seconds: 20),
  }) async {
    final id = ++_seq;
    _running = id;
    busy = true;
    notifyListeners();
    try {
      final m = await symjaChannel.invokeMapMethod<String, dynamic>('sample', {
        'taskId': id,
        'expr': expr.trim(),
        'variable': variable,
        'from': from,
        'to': to,
        'count': count,
        'timeoutMs': timeout.inMilliseconds,
      });
      if (m == null || m['ok'] != true) {
        throw SymjaException('${m?['error'] ?? '采样失败'}');
      }
      final raw = (m['ys'] as List?) ?? const [];
      return SymjaSamples(
        from: from,
        to: to,
        ys: raw.map((e) => (e as num).toDouble()).toList(growable: false),
        elapsedMs: (m['ms'] as num?)?.toInt() ?? 0,
      );
    } on PlatformException catch (e) {
      throw SymjaException('通道错误 ${e.code}: ${e.message}');
    } finally {
      if (_running == id) {
        _running = null;
        busy = false;
        notifyListeners();
      }
    }
  }

  /// 重新拉取全局变量列表。
  Future<void> refreshVariables() async {
    try {
      final m = await symjaChannel.invokeMapMethod<String, dynamic>(
        'variables',
        <String, dynamic>{'taskId': 0},
      );
      final raw = (m?['vars'] as List?) ?? const [];
      variables = raw
          .map((e) => SymjaVariable('${(e as Map)['name']}', '${e['value']}'))
          .toList(growable: false);
      notifyListeners();
    } on PlatformException {
      // 变量面板不是关键路径，失败就保持原状
    }
  }

  Future<void> clearVariable(String name) async {
    await symjaChannel.invokeMethod<Object?>('clearVariable', <String, dynamic>{
      'taskId': 0,
      'name': name,
    });
    await refreshVariables();
  }

  /// 清空所有变量和 `%`。
  Future<void> clearAll() async {
    await symjaChannel.invokeMethod<Object?>('clearAll', <String, dynamic>{
      'taskId': 0,
    });
    history.clear();
    variables = const [];
    notifyListeners();
  }

  void clearHistory() {
    history.clear();
    notifyListeners();
  }

  // ------------------------------------------------------------------ 本地消息

  /// 把一条「不是 Symja 算出来的」输出记进历史（help 文本、命令反馈等），
  /// 这样控制台可以用同一套渲染，也能被一起持久化。
  void addLocal(String input, {String? text, String? error}) {
    _record(
      input,
      result: text == null
          ? null
          : SymjaResult(text: text, tex: null, elapsedMs: 0),
      error: error,
    );
  }

  /// 从存档恢复历史。不触发求值。
  void restoreHistory(Iterable<({String input, String text, int ms})> entries) {
    for (final e in entries) {
      history.add(
        SymjaEntry(
          input: e.input,
          result: SymjaResult(text: e.text, tex: null, elapsedMs: e.ms),
        ),
      );
    }
    while (history.length > maxHistory) {
      history.removeAt(0);
    }
    notifyListeners();
  }

  // ------------------------------------------------------------------ 持久化

  /// 导出当前会话里所有定义（赋值 + 函数定义）。
  ///
  /// 原生侧用 ISymbol.fullDefinitionToString()，一个调用同时覆盖 `a = 5` 和
  /// `f(x_) := x^2 + 1`（后者没有 assignedValue）。刻意不用 Save/Get —— 它们属于
  /// IOFunctions，和真机上失效的 Names 同族。
  Future<List<String>> exportSession() async {
    try {
      final m = await symjaChannel.invokeMapMethod<String, dynamic>(
        'exportSession',
        <String, dynamic>{'taskId': ++_seq},
      );
      final raw = (m?['defs'] as List?) ?? const [];
      return raw.map((e) => '$e').toList(growable: false);
    } on PlatformException {
      return const [];
    }
  }

  /// 回灌定义。返回 (成功条数, 失败明细)。单条失败不影响其它条。
  Future<({int applied, List<String> failed})> importSession(
    List<String> defs,
  ) async {
    if (defs.isEmpty) return (applied: 0, failed: const <String>[]);
    try {
      final m = await symjaChannel.invokeMapMethod<String, dynamic>(
        'importSession',
        <String, dynamic>{'taskId': ++_seq, 'defs': defs},
      );
      final failed = ((m?['failed'] as List?) ?? const [])
          .map((e) => '$e')
          .toList(growable: false);
      return (applied: (m?['applied'] as num?)?.toInt() ?? 0, failed: failed);
    } on PlatformException catch (e) {
      return (applied: 0, failed: ['通道错误: ${e.message}']);
    }
  }

  void _record(String input, {SymjaResult? result, String? error}) {
    history.add(SymjaEntry(input: input, result: result, error: error));
    while (history.length > maxHistory) {
      history.removeAt(0);
    }
    notifyListeners();
  }
}