mathtool2/lib/tools/tool_kit.dart

import 'package:flutter/material.dart';
import 'package:flutter/services.dart';
import 'package:flutter_math_fork/flutter_math.dart';
import 'package:provider/provider.dart';

import '../symja.dart';

/// 工具页的公共外壳。
///
/// 十五个工具原先各写各的：各自的 Scaffold、各自拼字符串、各自显示一个
/// `Text`。这套外壳把**输入 → 计算 → 输出**固定下来，好处有三个：
///  1. 计算全部走 [Symja]，Dart 只负责排版和取输入（绘图除外，见 [ToolChart]）；
///  2. 每条输出**单独成块、点一下就复制**，不再是一大坨拼在一起的文本；
///  3. 重置按钮和错误提示不用每个工具再写一遍。
///
/// 刻意不用「抽象基类 + 子类」那套写法：工具之间的差异只有"有哪些输入框"和
/// "算什么表达式"两件事，交给两个参数就够了，继承反而要每个工具建一个类。
class ToolScaffold extends StatefulWidget {
  const ToolScaffold({
    super.key,
    required this.title,
    required this.fields,
    required this.compute,
    this.intro,
    this.beforeField = const {},
    this.runLabel = '计算',
    this.runIcon,
    this.autoRun = false,
  });

  final String title;

  /// 打开就自动算一次。绘图和二分法这类**输入框里已经有默认值**的工具用得上：
  /// 一进来就该看到图/解，而不是先按一下按钮。
  final bool autoRun;

  /// 输入框。顺序即显示顺序。
  ///
  /// 由**页面**持有（建在 State 里，别建在 build 里，否则主题一变控制器就被换掉、
  /// 用户打的字会丢）。外壳不 dispose 它们：对称变换那种一个页面里换几组输入框的
  /// 工具，控制器要跨模式活着。
  final List<ToolField> fields;

  /// 工具自己的说明（公式长什么样、参数什么含义），显示在输入框上方。
  final Widget? intro;

  /// 主按钮的文字。绘图类工具写「绘制」比「计算」贴切。
  final String runLabel;

  /// 主按钮的图标，不给就按"计算"用算盘图标。
  final IconData? runIcon;

  /// 在第 n 个输入框**前面**插一块自定义 widget（下标按 [fields] 算）。
  ///
  /// 卷积那种"一组输入框配一组增删按钮"用它 —— 按钮得贴着**自己那一组**，
  /// 全塞进 intro 就会两组的按钮一起跑到最上面去。
  final Map<int, Widget> beforeField;

  /// 计算。自己从 [fields] 里取文本、拼 Symja 表达式、调 [SymjaSession.compute]。
  ///
  /// 返回若干条输出：文字的可点复制，图表的不复制（图没什么可复制的）。
  final Future<List<ToolOutput>> Function(SymjaSession) compute;

  @override
  State<ToolScaffold> createState() => _ToolScaffoldState();
}

class _ToolScaffoldState extends State<ToolScaffold> {
  final List<ToolOutput> _outputs = [];
  String? _error;
  bool _busy = false;

  /// 换了一组输入框（对称变换那种切模式的情况）就把上一次的结果清掉 ——
  /// 留着上一模式的答案是误导。
  @override
  void didUpdateWidget(ToolScaffold old) {
    super.didUpdateWidget(old);
    if (!identical(old.fields, widget.fields)) {
      _outputs.clear();
      _error = null;
    }
  }

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    if (widget.autoRun) {
      WidgetsBinding.instance.addPostFrameCallback((_) {
        if (mounted) _run();
      });
    }
  }

  Future<void> _run() async {
    final session = context.read<SymjaSession>();
    setState(() {
      _busy = true;
      _error = null;
      _outputs.clear();
    });
    try {
      final out = await widget.compute(session);
      if (!mounted) return;
      setState(() => _outputs.addAll(out));
    } on SymjaException catch (e) {
      if (mounted) setState(() => _error = '$e');
    } catch (e) {
      // 输入格式不对（少填了、写了非数字）在这里兜住，别把异常弹到 framework
      if (mounted) setState(() => _error = '$e');
    } finally {
      if (mounted) setState(() => _busy = false);
    }
  }

  void _reset() {
    for (final f in widget.fields) {
      f.controller.clear();
    }
    setState(() {
      _outputs.clear();
      _error = null;
    });
  }

  /// 把输入框排成一列，遇到标了 [ToolField.rowWithPrevious] 的就跟前一个并排。
  List<Widget> _fieldRows(BuildContext context) {
    final rows = <Widget>[];
    var group = <ToolField>[];

    void flush() {
      if (group.isEmpty) return;
      if (group.length == 1) {
        rows.add(group.first.build(context));
      } else {
        rows.add(
          Row(
            crossAxisAlignment: CrossAxisAlignment.start,
            children: [
              for (var i = 0; i < group.length; i++) ...[
                if (i > 0) const SizedBox(width: 10),
                Expanded(child: group[i].build(context)),
              ],
            ],
          ),
        );
      }
      group = <ToolField>[];
    }

    for (var i = 0; i < widget.fields.length; i++) {
      final f = widget.fields[i];
      final before = widget.beforeField[i];
      if (before != null) {
        flush();
        rows.add(before);
        rows.add(const SizedBox(height: 8));
      }
      if (!f.rowWithPrevious) flush();
      group.add(f);
    }
    flush();
    return rows;
  }

  /// 计算中：给个可见的反馈，复杂表达式可能要算好几秒。
  Widget _busyStrip(ColorScheme scheme) => Padding(
    padding: const EdgeInsets.symmetric(vertical: 10),
    child: Row(
      children: [
        const SizedBox(
          width: 14,
          height: 14,
          child: CircularProgressIndicator(strokeWidth: 2),
        ),
        const SizedBox(width: 10),
        Text('计算中…', style: TextStyle(color: scheme.outline)),
      ],
    ),
  );

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    final scheme = Theme.of(context).colorScheme;

    return Scaffold(
      appBar: AppBar(title: Text(widget.title)),
      body: ListView(
        padding: const EdgeInsets.fromLTRB(16, 8, 16, 24),
        children: [
          if (widget.intro != null) ...[
            widget.intro!,
            const SizedBox(height: 12),
          ],
          ..._fieldRows(context),
          const SizedBox(height: 12),
          Row(
            children: [
              Expanded(
                child: FilledButton.icon(
                  onPressed: _busy ? null : _run,
                  icon: Icon(widget.runIcon ?? Icons.calculate_outlined),
                  label: Text(widget.runLabel),
                ),
              ),
              const SizedBox(width: 12),
              OutlinedButton.icon(
                onPressed: _busy ? null : _reset,
                icon: const Icon(Icons.refresh),
                label: const Text('重置'),
              ),
            ],
          ),
          if (_busy) _busyStrip(scheme),
          if (_error != null)
            Padding(
              padding: const EdgeInsets.only(top: 16),
              child: Card(
                color: scheme.errorContainer,
                child: Padding(
                  padding: const EdgeInsets.all(14),
                  child: Row(
                    crossAxisAlignment: CrossAxisAlignment.start,
                    children: [
                      Icon(
                        Icons.error_outline,
                        size: 20,
                        color: scheme.onErrorContainer,
                      ),
                      const SizedBox(width: 10),
                      Expanded(
                        child: Text(
                          _error!,
                          style: TextStyle(color: scheme.onErrorContainer),
                        ),
                      ),
                    ],
                  ),
                ),
              ),
            ),
          for (final o in _outputs)
            Padding(
              padding: const EdgeInsets.only(top: 12),
              child: _OutputCard(output: o),
            ),
        ],
      ),
    );
  }
}

/// 一个输入框。label 同时是发送给 Symja 时的变量含义提示。
class ToolField {
  ToolField(
    this.label, {
    String? hint,
    this.keyboard = const TextInputType.numberWithOptions(
      signed: true,
      decimal: true,
    ),
    this.rowWithPrevious = false,
  }) : hint = hint ?? '输入分数如 1/2，或多个值用空格分隔',
       controller = TextEditingController();

  final String label;
  final String hint;

  /// 输入法键盘。**默认一律数字键盘**（带符号和小数点）：工具页绝大多数输入
  /// 是数，而输入法本身能切到字母 —— 表达式栏照样打得进 `Sin[x]`。
  /// 这样每个框点下去的手感一致，不会有的弹数字、有的弹全键盘。
  final TextInputType keyboard;
  final TextEditingController controller;

  /// 和**上一个**输入框并排放在同一行（宽度平分）。
  ///
  /// 成对出现的东西不该各占一行 —— 卷积的「取值 i / 概率 i」、
  /// 卡方检验的 2×2 列联表都是这样。
  final bool rowWithPrevious;

  String get text => controller.text.trim();

  /// 这一栏里填了几个值。用来做"三组数据个数要一样"这类检查 ——
  /// 数个数是记账，不是计算，留在 Dart 侧。
  int get count => _tokens.length;

  List<String> get _tokens =>
      text.split(RegExp(r'[\s,，]+')).where((s) => s.isNotEmpty).toList();

  /// 空格/逗号分隔的多个值 → Symja 的列表 `{1, 2, 3}`。
  ///
  /// 工具页允许用户直接写 `1/2` 这样的分数和 `Pi` 这样的常量 —— 它们交给 Symja
  /// 解析，Dart 侧不做数字转换（转换反而会把 `1/2` 变成 0.5 这种近似值）。
  String get list => '{${_tokens.join(', ')}}';

  Widget build(BuildContext context) => Padding(
    padding: const EdgeInsets.symmetric(vertical: 6),
    child: TextField(
      controller: controller,
      keyboardType: keyboard,
      decoration: InputDecoration(
        labelText: label,
        hintText: hint,
        border: const OutlineInputBorder(),
        isDense: true,
      ),
    ),
  );
}

/// 一条输出。[ToolText] 可点复制，[ToolChart] 不行 —— 图没有可复制的文本形态。
sealed class ToolOutput {
  const ToolOutput(this.label);
  final String label;
}

/// 一条文字输出。[tex] 不为空时渲染成数学排版，点复制复制的仍是纯文本。
class ToolText extends ToolOutput {
  const ToolText(super.label, this.text, {this.tex});
  final String text;
  final String? tex;
}

/// 一条图表输出。**图表不参与复制**（任务里明确要求的）。
class ToolChart extends ToolOutput {
  const ToolChart(super.label, this.chart);
  final Widget chart;
}

class _OutputCard extends StatelessWidget {
  const _OutputCard({required this.output});

  final ToolOutput output;

  Future<void> _copy(BuildContext context, String text) async {
    await Clipboard.setData(ClipboardData(text: text));
    if (!context.mounted) return;
    ScaffoldMessenger.of(context)
      ..clearSnackBars()
      ..showSnackBar(
        SnackBar(
          content: Text(
            '已复制：${text.length > 30 ? '${text.substring(0, 30)}…' : text}',
          ),
          duration: const Duration(milliseconds: 1200),
        ),
      );
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    final scheme = Theme.of(context).colorScheme;
    final o = output;

    if (o is ToolChart) {
      return Card(
        child: Padding(
          padding: const EdgeInsets.all(12),
          child: Column(
            crossAxisAlignment: CrossAxisAlignment.start,
            children: [
              Text(o.label, style: Theme.of(context).textTheme.labelLarge),
              const SizedBox(height: 8),
              o.chart,
            ],
          ),
        ),
      );
    }

    final t = o as ToolText;
    return Card(
      clipBehavior: Clip.antiAlias,
      child: InkWell(
        onTap: () => _copy(context, t.text),
        child: Padding(
          padding: const EdgeInsets.all(14),
          child: Row(
            crossAxisAlignment: CrossAxisAlignment.center,
            children: [
              Expanded(
                child: Column(
                  crossAxisAlignment: CrossAxisAlignment.start,
                  children: [
                    Text(
                      t.label,
                      style: TextStyle(fontSize: 12, color: scheme.outline),
                    ),
                    const SizedBox(height: 6),
                    // 有 TeX 就用数学排版显示；太长或没生成就退回纯文本
                    if (t.tex != null)
                      Math.tex(
                        t.tex!,
                        mathStyle: MathStyle.text,
                        textStyle: TextStyle(
                          fontSize: 20,
                          color: scheme.onSurface,
                        ),
                        onErrorFallback: (_) => _plain(t.text),
                      )
                    else
                      _plain(t.text),
                  ],
                ),
              ),
              const SizedBox(width: 8),
              Icon(Icons.copy_outlined, size: 18, color: scheme.outline),
            ],
          ),
        ),
      ),
    );
  }

  /// 纯文本渲染。刻意用 `Text` 而不是 `SelectableText` —— 后者会把点击吃掉拿去
  /// 做选区，整张卡片的"点一下复制"就时灵时不灵了。
  Widget _plain(String text) =>
      Text(text, style: const TextStyle(fontFamily: 'monospace', fontSize: 16));
}

/// 近似值的 Symja 写法：保留 k 位**小数**。
///
/// 为什么不是 `N[expr, k]`：**Symja 的 N 忽略第二个参数**（实测 4 位和 15 位打印
/// 一模一样）。`NumberForm` / `SetPrecision` 也没实现（会原样返回 numberform(...)）。
/// `Round[值, 1/10^k]` 是真把值截到 k 位小数，文本和 LaTeX 都跟着变干净。
String approxExpr(String expr, int digits) => 'N[Round[$expr, 1/10^$digits]]';

/// 精确值 + 近似值两行输出。
///
/// 工具页原先在 Dart 里既给分数又给小数（`1/3 (≈0.3333)`）。精确值走
/// `Rationalize` —— 输入写成小数（`0.2`）时 Symja 会一路按小数算下去，
/// 均值显示成 `3.6` 就不再是"精确值"了；`Rationalize` 把它还原成分数 `18/5`。
/// 近似值再问一次 `N[...]`。
///
/// **两者相等时只留一行**，而且要比**数值**而不是字符串：`N[5]` 打印成 `5.0`，
/// 拿字符串比就变成每个整数结果都多一条没用的 "5.0"。
Future<List<ToolOutput>> exactAndApprox(
  SymjaSession session,
  String label,
  String expr,
) async {
  final exact = await session.compute('Rationalize[$expr]', applyMode: false);
  // 近似值也从**有理化之后**的数转小数：输入写成 0.2/0.3 时机器浮点会带出
  // `3.5999999999999996` 这种尾巴，先还原成分数再取小数就干净了（3.6）。
  // 位数听设置里那个滑动条（计算器的"近似"也是同一个值）。
  final approx = await session.compute(
    approxExpr('Rationalize[$expr]', session.approximateDigits),
    applyMode: false,
  );
  final same = _sameValue(exact.text, approx.text);
  return [
    ToolText(label, exact.text, tex: exact.tex),
    if (!same) ToolText('$label（近似）', approx.text, tex: approx.tex),
  ];
}

/// 两个显示串是不是同一个数（都解析得出来的话）。
bool _sameValue(String a, String b) {
  if (a == b) return true;
  final x = asNumber(a), y = asNumber(b);
  if (x == null || y == null) return false;
  return (x - y).abs() <= 1e-9 * (1 + x.abs());
}

/// 把近似值缀在精确值后面：`16/81 ≈ 0.1975`。同一个数就只留精确值。
///
/// 给"一条条分开"的分布表用 —— 每项单独成卡时不拆成两张，
/// 否则 n=10 的二项分布会列出二十多张卡。
String withApprox(String exact, String approx) {
  final a = approx.trim();
  if (a.isEmpty) return exact;
  return _sameValue(exact.trim(), a) ? exact : '$exact ≈ $a';
}

/// 纯数值输出：只给近似值（用户要的本来就是个数，不是分数）。
Future<ToolOutput> numeric(
  SymjaSession session,
  String label,
  String expr,
) async {
  final r = await session.compute(
    approxExpr('Rationalize[$expr]', session.approximateDigits),
    applyMode: false,
  );
  return ToolText(label, r.text, tex: null);
}

/// 数值文本 → LaTeX：分数写成 `\frac{a}{b}`，其余原样。值都是 Symja 给的，这里只排版。
String texNum(String v) {
  final t = v.trim();
  final m = RegExp(r'^(-?)(\d+)/(\d+)$').firstMatch(t);
  if (m == null) return t;
  return '${m[1]}\\frac{${m[2]}}{${m[3]}}';
}

/// 拼一条"… = 0"的等式（直线方程、圆的一般方程都用它）。
///
/// 每项是 `(系数, 变量部分的 LaTeX, 变量部分的纯文本)` —— 变量部分留空就是常数项；
/// 系数是 Symja 算出来的**精确**值原文（`-2`、`1/2` …）。会自动处理：
///   · 系数是 0 的项不写（圆的 F = 0 时那一项就不该出现）
///   · 系数 ±1 又带变量时省略 1（写 `x` 而不是 `1·x`）
///   · 首项不带正号，其余项按正负接 `+` / `-`
({String plain, String tex}) polyEqualsZero(
  List<(String coef, String varTex, String varPlain)> terms,
) {
  final plain = StringBuffer();
  final tex = StringBuffer();
  var first = true;

  for (final (coef, varTex, varPlain) in terms) {
    final t = coef.trim();
    final n = asNumber(t);
    if (n != null && n == 0) continue; // 系数为 0：整项不写

    final neg = t.startsWith('-');
    final mag = neg ? t.substring(1) : t;
    // 系数是 ±1 又带变量时，1 不写
    final hideOne = varPlain.isNotEmpty && mag == '1';

    final sign = first ? (neg ? '-' : '') : (neg ? ' - ' : ' + ');
    plain.write(sign);
    tex.write(sign);

    if (!hideOne) {
      plain.write(varPlain.isEmpty ? mag : '$mag·');
      tex.write(texNum(mag));
      if (varPlain.isNotEmpty) tex.write(r' \cdot ');
    }
    plain.write(varPlain);
    tex.write(varTex);
    first = false;
  }

  if (first) {
    plain.write('0');
    tex.write('0');
  }
  return (plain: '$plain = 0', tex: '$tex = 0');
}

/// 把 Symja 输出的列表文本拆成嵌套的字符串列表。
///
/// 工具要拿到"一条条"结果（比如每个 k 的概率、每对卷积取值）才能分开显示，
/// 而通道里回来的是 `{{0, 1/6}, {1, 1/3}}` 这样一个字符串。刻意**不**做数字解析：
/// 拆出来的还是 Symja 的原文（`1/6` 就是 `1/6`），要算数再交回给 Symja。
List<Object> parseSymjaList(String s) {
  final t = s.trim();
  if (!t.startsWith('{') || !t.endsWith('}')) return [t];
  final out = <Object>[];
  final buf = StringBuffer();
  var depth = 0;
  for (var i = 1; i < t.length - 1; i++) {
    final c = t[i];
    if (c == '{' || c == '[' || c == '(') depth++;
    if (c == '}' || c == ']' || c == ')') depth--;
    if (c == ',' && depth == 0) {
      out.add(_item(buf.toString()));
      buf.clear();
      continue;
    }
    buf.write(c);
  }
  if (buf.isNotEmpty) out.add(_item(buf.toString()));
  return out;
}

Object _item(String raw) {
  final t = raw.trim();
  return t.startsWith('{') ? parseSymjaList(t) : t;
}

/// 取出列表里的数字（Symja 的近似值带一个 `` ` `` 精度标记，要去掉）。
///
/// 只给**画图**用 —— 图表要的是 double，而"精确值"那条路始终走 Symja 原文。
double? asNumber(Object? item) {
  if (item is! String) return null;
  return double.tryParse(item.replaceAll('`', '').trim());
}