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# Numbers-Studie — Tabellenkalkulation mit eigener Formel-Engine
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Eine browserbasierte Tabellenkalkulation als **Case- und Designstudie** nach dem
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Vorbild von **Apple Numbers**. Zwei Dinge stehen im Mittelpunkt:
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1. **Handwerk** — eine von Grund auf selbst geschriebene, schlanke Formel-Engine
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(Tokenizer, Parser, AST, Abhängigkeitsgraph, Neuberechnung, Zirkelbezug-
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Erkennung). Dokumentiert in [`src/engine/README.md`](src/engine/README.md).
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2. **Produkt** — eine polierte, Numbers-nahe Oberfläche: jedes Blatt ist eine
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**freie Fläche (Canvas)**, auf die man beliebig viele **Tabellen- und
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Diagramm-Objekte** setzt, verschiebt, skaliert und befüllt.
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```bash
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npm install
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npm run dev # Vite-Devserver
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npm run test # Vitest-Suite (Engine + Store + IO), 102 Tests
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npm run build # Typecheck + Produktionsbuild
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npm run lint # ESLint (flat config)
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```
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Alles läuft **rein clientseitig** — kein Server, keine Netzwerk-Requests. Datei-
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I/O über File API und Blob-URLs.
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## Das Canvas-Modell
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Wie in Numbers ist ein *Blatt* kein einzelnes Endlos-Raster, sondern eine
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scroll- und zoombare Fläche, die **Objekte** trägt:
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- **Tabellen-Objekt** — ein eigenes Gitter mit dokumentweit eindeutigem Namen.
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Frei positionierbar (Ziehen an der Kopfleiste). Zwei Darstellungen:
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- **Automatisch** — so groß wie die Zellen, alle Zeilen sichtbar; der SE-Griff
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skaliert die Spaltenbreiten proportional.
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- **Feste Größe** — fester Viewport, **intern scrollbar**, mit frei wählbarer
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Zahl **fixierter Kopfzeilen und fixierter Spalten** (`position: sticky`
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gegen den Scroll-Container). Der SE-Griff zieht dann den Viewport auf.
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Spaltenbreite per Drag am Spaltenkopf (ab **24 px**), **Zeilenhöhe** per Drag
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an der Unterkante des Zeilenkopfs (Standard + je Zeile).
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- **Diagramm-Objekt** — Chart.js (Balken/Linie), frei positionier- **und**
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skalierbar. Datenquelle = ein Tabellen-Objekt; jede Zelländerung aktualisiert
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es sofort.
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- **Text-Objekt** — ein formatierbares Textfeld als Zusatz zu Tabellen und
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Diagrammen. Doppelklick zum Bearbeiten; Schriftgröße, Fett/Kursiv, Ausrichtung,
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Text- und Hintergrundfarbe im Inspector; frei skalierbar.
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Objekte kommen beim Anklicken in den Vordergrund, werden per `Entf` gelöscht
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(Diagramm/Text) bzw. über das `×` der Kopfleiste, per Doppelklick auf den Namen
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umbenannt. **Je Tabelle, Diagramm und Textfeld** sind eigene Hintergrund- und
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Textfarbe einstellbar. Mehrere Blätter über die Tabs unten (hinzufügen,
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umbenennen, löschen, per Drag sortieren). Zoom 40–200 % pro Blatt
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(`Strg/Cmd` + Mausrad, Zoom-Leiste oder Einstellungen).
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### Zellauswahl
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- Klick = eine Zelle, **Shift+Klick / Ziehen** = ein Rechteck. Das Ziehen ist
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positions- statt event-target-basiert (`elementsFromPoint`), übersteht schnelle
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Bewegungen und das Verlassen der Tabelle, scrollt bei festen Tabellen an der
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Kante automatisch mit und heilt einen verlorenen `mouseup` selbst.
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- Kopf-Klick = ganze Spalte / Zeile, Ecke = alles.
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- **`Strg`/`Cmd`+Klick** = weitere Zelle **hinzufügen** (erneut = abwählen),
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**`Strg`/`Cmd`+Ziehen** = weiteres Rechteck; auch am Spalten-/Zeilenkopf.
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- Die **diskontinuierliche Mehrfachauswahl** trägt alle folgenden Aktionen:
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Live-Aggregat (Summe/Mittel/Anzahl) in der Statusleiste, die
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**Auswahl-Formatierung** im Inspector und `Entf` (leert alle markierten Zellen).
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- Pfeiltasten / Enter kollabieren wieder auf eine Zelle. Die aktive Zelle
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(Formelleiste) ist stets die zuletzt angeklickte.
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### Zell-Formatierung
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Auswahl (Zelle, Bereich, Mehrfachauswahl, ganze Zeile/Spalte über den Kopf) → im
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Inspector unter **Objekt · Auswahl**: horizontale **Ausrichtung**
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(links/mitte/rechts),
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**Zahlenformat** (`Automatisch`, `Ohne`, Ganzzahl, 1/2 Nachkommastellen,
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**Prozent** 0/2 Stellen — kombiniert mit der Locale unten), **Zell-Textfarbe**,
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**Zell-Füllfarbe**, **Fett**/**Kursiv**, „Formatierung entfernen". Auch exakte
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**Spaltenbreite** und **Zeilenhöhe** der Fokuszelle.
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### Einstellungen (⚙, links neben dem Titel)
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Ein Zahnrad neben der Überschrift öffnet eine linke Inspector-Schublade
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([`SettingsPanel.vue`](src/components/SettingsPanel.vue)), die die Fläche zur
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Seite schiebt (auf schmalen Viewports überlagert sie). Sie bündelt alle
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wichtigen Punkte:
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- **Objekt** (das gewählte):
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- Tabelle → Name, Zeilen/Spalten (exakt), Darstellung, Viewport-Größe,
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fixierte Kopfzeilen/Spalten, Position, Zahlenformat-Locale, **Standard-
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Zeilenhöhe**, **Tabellen-Hintergrund/-Textfarbe**, und – bei aktiver
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Zellauswahl – die **Auswahl**-Formatierung (s. o.).
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- Diagramm → Name, Ansicht, Quelltabelle, Größe, Position, Zahlenformat-Locale,
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**Hintergrund**, **Text-/Achsenfarbe**.
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- Textfeld → Name, Text, Schriftgröße, Fett/Kursiv, Ausrichtung, **Textfarbe**,
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**Hintergrund**, Größe, Position.
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- **Blatt**: Name, Zahlenformat, **Hintergrundfarbe**, **Schriftfarbe**,
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**Raster ein-/ausblenden** (`↺` setzt eine Farbe auf den Theme-Wert zurück),
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neues Blatt, Blatt löschen.
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- **Ansicht**: Zoom-Regler (**pro Blatt** gespeichert).
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- **Dokument**: Erscheinungsbild (Auto/Hell/Dunkel), Zahlenformat
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(Ländereinstellung), CSV-Standard-Trennzeichen, „Auf Beispiel zurücksetzen".
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### Blatt-Erscheinungsbild
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Jedes Blatt kann eine eigene **Hintergrundfarbe** (Canvas-Fläche hinter den
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Objekten) und **Schriftfarbe** (Standard-Textfarbe der Gitter/Labels) haben und
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das **Punkt-Raster** ein- oder ausblenden. Die Farben überschreiben die
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Theme-Variablen `--bg` / `--text` nur für dieses Blatt; ohne Wert gilt das
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Theme. Der Canvas-**Zoom** wird ebenfalls pro Blatt gemerkt.
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Alle diese Einstellungen sind Teil des Dokuments (`DocumentState` /
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`Sheet`) und werden damit in **localStorage gespeichert und in `.json`
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exportiert** – Round-Trip verlustfrei, ungültige Werte werden beim Import
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verworfen bzw. geklemmt.
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### Zahlenformat (Ländereinstellung)
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Die Darstellung von Zahlen (Dezimal- und Tausendertrennzeichen) ist eine
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**Kaskade**: Objekt → Blatt → Dokument. Jede Ebene kann die darüberliegende
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überschreiben oder „erben" (leere Auswahl). Auswahl: `Ohne Trennzeichen`,
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`de-DE`, `de-CH`, `en-US`, `en-GB`, `fr-FR`, `it-IT`. Wirkt auf Zellwerte, das
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Live-Aggregat der Statusleiste und die Wertelabels der Diagramme. **CSV-/XLSX-
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Export bleibt bewusst locale-neutral** (`.`-Dezimal, keine Gruppierung) für einen
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verlustfreien Round-Trip; der CSV-*Import* erkennt beide Schreibweisen ohnehin.
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Das vorbefüllte „Umsatz" ist bereits als **feste, scrollbare Tabelle mit
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fixierter Kopfzeile und fixierter Spalte A** angelegt, um das Feature zu zeigen.
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## Formelgrammatik (EBNF)
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```ebnf
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formula = "=" expression ;
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expression = term { ("+" | "-") term } ; (* links-assoziativ *)
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term = unary { ("*" | "/") unary } ; (* links-assoziativ *)
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unary = ("+" | "-") unary
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| power ;
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power = primary [ "^" unary ] ; (* rechts-assoziativ; bindet
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stärker als unäres Minus,
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d.h. -2^2 = -(2^2) = -4 *)
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primary = NUMBER | STRING | "(" expression ")" | funcall | reference ;
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funcall = IDENT "(" [ expression { ";" expression } ] ")" ;
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reference = [ qualifier ] CELL [ ":" CELL ] ;
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qualifier = (IDENT | QUOTED) ("!" | "::") ; (* Tabellenname *)
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IDENT = /[A-Za-z_][A-Za-z0-9_]*/ ;
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QUOTED = /' ( [^'] | '' )* '/ ; (* Name mit Leerzeichen *)
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CELL = /\$?[A-Za-z]{1,3}\$?[0-9]{1,7}/ ;
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```
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Präzedenz schwach → stark: `+ -` < `* /` < unäres `+ -` < `^`.
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Der Qualifier ist der **Tabellenname** (nicht der Blattname). `!` und der
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Numbers-Stil `::` sind austauschbar. Tabellennamen werden dokumentweit eindeutig
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gehalten und **case-/whitespace-tolerant** aufgelöst:
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`Kosten!A2` = `'Kosten'!A2` = `kosten!a2` = `Kosten::A2`.
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**Funktionen** (case-insensitiv, Trenner `;`): `SUM`, `AVG` (Alias `AVERAGE`),
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`MIN`, `MAX`, `COUNT`. Argumente gemischt: Einzelzellen, Bereiche (lokal oder
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`Name!…`), Zahl-Literale — z. B. `=SUM(Umsatz!B2:E2; 100; A1)`.
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**Fehlermodell** (propagiert an abhängige Zellen):
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`#REF` (ungültiger/gelöschter Bezug oder unbekannter Tabellenname), `#DIV/0!`,
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`#NAME?` (unbekannte Funktion), `#ERR` (Parse-Fehler), `#CIRC` (Zirkelbezug,
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auch tabellenübergreifend), `#VALUE!` (Typfehler in Arithmetik — *dokumentierte
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Erweiterung*). Referenz auf leere Zelle = `0` in Arithmetik, von `COUNT` nicht
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gezählt.
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## Architektur der Engine-Module
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Framework-agnostisches ES-Modul unter [`src/engine/`](src/engine/) — **keine**
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Formel-/Spreadsheet-Library. Kennt kein Vue, kein DOM. Die adressierbare Einheit
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ist eine **Tabelle**; der Abhängigkeitsgraph läuft dokumentweit über alle
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Tabellen aller Blätter.
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| Datei | Aufgabe |
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|-------|---------|
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| `lexer.ts` | Tokenizer, flacher Token-Strom (inkl. `!` und `::`). |
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| `parser.ts` | Recursive-Descent → AST; EBNF im Dateikopf; `collectRefs()`. |
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| `evaluator.ts` | AST + `EngineHost` → Wert; Fehler-Propagierung. |
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| `graph.ts` | `DependencyGraph`: `affected()`, `topoOrder()`, Zirkel-DFS. |
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| `refs.ts` | A1 ↔ `(col,row)`, Bereichs-Expansion. |
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| `functions.ts` | `{ NAME → fn(values) }` für SUM/AVG/MIN/MAX/COUNT. |
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| `workbook.ts` | Flache Tabellenliste + ASTs + Werte + Graph; inkrementelle Neuberechnung; implementiert `EngineHost`. |
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**Neuberechnung.** `setCell` reparst eine Zelle → `graph.affected(dirty)` →
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`graph.topoOrder()` → Zyklus-Zellen `#CIRC`, Rest topologisch auswerten, nicht
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betroffene Zellen behalten ihren Wert.
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**Anbindung an Vue.** [`src/store/document.ts`](src/store/document.ts) ist das
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„eigene `reactive()`-Modul": es hält eine `Workbook`-Instanz und einen
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`recalcTick`-Ref. Die UI liest `store.cellValue(...)`, das `recalcTick` berührt —
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nach jeder Neuberechnung wird der Tick erhöht, jede Formelzelle re-rendert also
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**wie ein `computed`**.
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## Selbst gebaut vs. Library
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| Selbst gebaut | Library |
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|---------------|---------|
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| **Formel-Engine komplett** (Lexer, Parser, AST, Evaluator, dokumentweiter Abhängigkeitsgraph, Topo-Sort, Zirkel-Erkennung, Funktionen) | **Vue 3** + Vite |
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| **Die Canvas**: Objekte platzieren, verschieben, skalieren, Z-Order, Zoom | **Chart.js** (Balken + Linie) |
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| **Das Raster** je Tabelle: Auswahl (Klick/Shift/Drag), Tastaturnavigation, In-Zellen-Edit, Spaltenbreite per Drag | **xlsx (SheetJS)** — nur `.xlsx` I/O, lazy geladen, nie zur Auswertung |
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| Reaktiver **Store** / Dokumentmodell (v1 → v2 Migration) | — |
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| **CSV-Parser + -Writer** (RFC 4180, Quoting, Delimiter-Sniffing, Locale-Zahlen) | |
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| **JSON**-Serialisierung + Schema-Validierung | |
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| Sheet-Tabs (Drag-Sortierung), Kontextmenü, Modals, Toasts, Theme | |
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Bewusst **nicht** verwendet: Handsontable, AG Grid, Univer, Luckysheet,
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HyperFormula, formula-parser. `@vueuse/core`/`splitpanes` (in der Aufgabe als
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optionale Komfort-Libs genannt) wurden nach dem Umbau auf das Canvas-Modell nicht
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mehr gebraucht und wieder entfernt, um den Abhängigkeitsbaum ehrlich zu halten.
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## Import / Export
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Alles clientseitig (`Blob` + `URL.createObjectURL` + `<a download>` + revoke).
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### Export
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| Format | Inhalt |
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|--------|--------|
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| `.json` | **Natives Format**, verlustfreier Round-Trip: alle Blätter, alle Tabellen-/Diagramm-Objekte mit Position & Größe, Rohformeln, Spaltenbreiten, Tab-Reihenfolge, aktives Objekt, Zellauswahl. |
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| `.csv` | Aktive Tabelle, **berechnete Werte**, RFC-4180-Quoting, Trennzeichen `,`/`;` wählbar, `\r\n`, optional UTF-8-BOM. |
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| `.xlsx` | Arbeitsmappe via SheetJS, **ein Worksheet je Tabellen-Objekt**. Formeln als echte Excel-Formeln (`;`→`,`, `AVG`→`AVERAGE`), immer mit gecachtem Wert. |
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| `.png` | Gewähltes Diagramm-Objekt über `chart.toBase64Image()`. |
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### Import
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`<input type="file">` **und** Drag & Drop auf die Canvas; `.json` `.csv` `.xlsx`.
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- **`.json`** → Dokument *ersetzen* (Rückfrage) oder Blätter *anhängen*.
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**v1-Dokumente** (altes Ein-Raster-Format) werden automatisch nach v2
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migriert (je altes Blatt ein Blatt mit einer gleichnamigen Tabelle). Schema
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wird validiert; bei Fehler klare Meldung, **kein Teil-Import**.
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- **`.csv`** → „als neue Tabelle (aktuelles Blatt)" / „aktive Tabelle ab A1
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ersetzen". Trennzeichen-Sniffing (+ Override). Locale-Erkennung
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(`1.234,56` ↔ `1,234.56`). Werte mit führendem `=` werden zu Formeln.
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- **`.xlsx`** → je Worksheet ein neues Blatt mit einer Tabelle.
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- Nach jedem Import: kompletter Reparse + Neuberechnung + Diagramm-Refresh.
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Schlägt ein Import fehl, bleibt das bestehende Dokument **unverändert**.
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## Persistenz
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Das gesamte Dokument wird (debounced) nach `localStorage` gespiegelt, robust
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gegen leeren/kaputten State — Fallback ist das Seed-Dokument. Ein v1-State im
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Storage wird beim Laden migriert. Button **„Zurücksetzen"** stellt das
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Seed-Dokument wieder her.
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## Vorbefülltes Dokument
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Blatt **„Analyse"** mit drei Tabellen-Objekten (**Umsatz**, **Kosten**,
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**Übersicht**) und einem **Diagramm** (Umsatz je Region), plus ein leeres Blatt
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**„Blatt 2"**. „Übersicht" demonstriert tabellenübergreifende Bezüge und die vier
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Grundrechenarten: `Übersicht!B2 = =SUM(Umsatz!B2:E2)`, `D2 = =B2-C2`,
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`E2 = =D2/B2*100`. Siehe [`src/data/seed.ts`](src/data/seed.ts).
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> **Hinweis zur Aufgabenstellung:** Die Akzeptanzliste nennt „Übersicht!B2 =
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> 6070". Die explizit angegebene Nord-Zeile ergibt jedoch
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> `1200+1450+1600+1720 = 5970`. Die Studie hält sich an die explizite Tabelle;
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> das demonstrierte Verhalten (Sofort-Propagierung durch Übersicht, „Gesamt" und
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> das Diagramm bei Änderung von `Umsatz!B2`) ist davon unberührt.
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## Tests
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`npm run test` — Vitest, 102 Tests:
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- **lexer / parser** — Präzedenz & Assoziativität (`^` vor `*/` vor `+-`, `^`
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rechts, `-2^2 = -(2^2)`), lokale/qualifizierte/quoted Bezüge, `!` **und** `::`,
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Bereiche, `;`-Argumente, Parse-Fehler.
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- **evaluator** — Arithmetik, leere Zelle = 0, alle Funktionen inkl. Alias,
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Cross-Table, Case-/`::`-Toleranz, jeder Fehlerfall, Fehler-Propagierung.
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- **graph** — `affected`, topologische Ordnung, Selbst-/2er-/längerer Zyklus.
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- **workbook / store** — Seed-Aggregate, Cross-Table-Summen, Edit-Ripple durch
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die ganze Kette, `#REF` nach Tabellen-/Blatt-Löschung, neues Tabellen-Objekt
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mit Cross-Sheet-Formel, `resetToSeed`, Live-Auswahl-Aggregat,
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Neuberechnungs-**Reihenfolge**, **v1 → v2 Migration**.
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- **Tabellen-Ansicht** — Seed-Umsatz ist fixiert/scrollbar; `setTableView`
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klemmt fixierte Zeilen/Spalten an die Gittergröße; Verkleinern löscht
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Zellen außerhalb und klemmt nach; Ansichts-Einstellungen im JSON-Round-Trip.
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- **Zahlenformat-Kaskade** — `cellDisplay` nutzt Dokument-Locale; Blatt-Override
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schlägt Dokument, Objekt-Override schlägt Blatt; Zurücksetzen fällt die
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Kaskade hinab; Overrides im JSON-Round-Trip, ungültige Werte werden verworfen.
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- **Blatt-Erscheinungsbild** — Hintergrund/Schrift/Raster sind pro Blatt und
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löschbar; Zoom pro Blatt (folgt dem Tab); Erscheinungsbild + Zoom +
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CSV-Default im JSON-Round-Trip, kaputte Farb-/Zoom-Werte verworfen bzw.
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geklemmt.
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- **Zell-Formatierung** — per-Zelle Zahlenformat × Locale (inkl. Prozent);
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`setRangeFormat` über einen Bereich, Löschen per Falsy/`auto`; `selectionFormat`
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meldet nur gemeinsame Werte; Zeilenhöhe (Standard + je Zeile), Spaltenbreite ab
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24 px; Verkleinern pruned `formats`/`rowHeights`; alles im JSON-Round-Trip.
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- **Text-Objekte** — einfügen/bearbeiten/formatieren + Round-Trip; kaputtes
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Text-Objekt im Import wird abgelehnt, Dokument bleibt unverändert.
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- **Objekt-Farben** — je Tabelle/Diagramm/Textfeld eigenes `bg`/`fg`, löschbar,
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im JSON-Round-Trip.
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- **Mehrfachauswahl** — `addToSelection` behält frühere Rechtecke & verschiebt
|
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die aktive Zelle, erneutes Klicken schaltet eine 1×1-Auswahl ab,
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`extendActiveRange` wächst das jüngste Rechteck; Aggregat & Formatierung über
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**alle** Rechtecke; `#`-genaue Zellzahl; JSON-Round-Trip inkl. `ranges`,
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||
Klemmung beim Verkleinern.
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- **IO** — JSON verlustfreier Round-Trip (identisch), defekte/leere Datei →
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Fehler ohne Nebenwirkung, unbekannter Tabellenname → `#REF`, v1→v2 beim
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Import; CSV Übersicht-Export→Re-Import gleiche Zahlen, RFC-4180-Quoting,
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`=1+2`→3, Locale-Zahlen.
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## Bekannte Grenzen
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- **Zeilen/Spalten nur am Rand.** Einfügen/Löschen *innerhalb* eines Gitters (mit
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automatischem Umschreiben relativer Bezüge) ist bewusst nicht implementiert.
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- **Objekt-Bezüge beim Anhängen.** Beim JSON-*Anhängen* zweier Dokumente werden
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nur Blatt-/Objekt-IDs neu vergeben, nicht Tabellennamen. Kollidiert ein
|
||
angehängter Tabellenname mit einem bestehenden, gewinnt bei der Auflösung der
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||
erste Treffer. „Ersetzen" (der Round-Trip-Fall) ist davon nicht betroffen.
|
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- **Kein Virtual Scrolling** — „Feste Größe" scrollt intern, aber alle Zeilen
|
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bleiben im DOM (nur geclippt); sehr große Tabellen/Importe (viele Tausend
|
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Zeilen) werden träge.
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- **Große Dateien** werden per `setTimeout`-Yield verarbeitet (UI bleibt
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reaktiv), **kein** echter Web Worker.
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- **xlsx-Formel-Übernahme** ist heuristisch (Separator-Swap unter Beachtung von
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Quotes); exotische Excel-Formeln fallen auf den Wert zurück.
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- Kein Text-Verkettungs-/Vergleichsoperator, keine benannten Bereiche, kein
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Kopieren/Einfügen von Zellbereichen, keine Undo-Historie, kein Snapping der
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Canvas-Objekte.
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## Projektstruktur
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```
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src/
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engine/ # Formel-Engine (Eigenbau) + Unit-Tests
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store/ # reaktiver Dokument-Store (v2 Canvas-Modell), Formatierung
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io/ # csv / json (Eigenbau, inkl. v1→v2), xlsx (SheetJS, lazy)
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components/ # AppToolbar, SettingsPanel, FormulaBar, SheetCanvas, CanvasObject,
|
||
# TableGrid, ChartView, TextBox, SheetTabs, StatusBar, …
|
||
composables/ # Theme, Toasts
|
||
data/seed.ts # vorbefülltes Dokument
|
||
styles/main.css # Design-Tokens (Light/Dark)
|
||
```
|