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Removido parte desnecessária,
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Syzoth
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<?php

class SimpleMath
{
    private function toNumeric($val)
    {
        return strpos($val, '.') === false ? intval($val) : floatval($val);
    }

    private static function subcalc($a, $b, $operator)
    {
        switch ($operator)
        {
            case '-':
                return $a - $b;
            break;
            case '+':
                return self::toNumeric($a) + self::toNumeric($b);$b;
            break;
            case '*':
                return $a * $b;
            break;
            case '/':
                return $a / $b;
            break;
        }
    }

    public static function parse($input)
    {
        $input = trim($input);

        if (preg_match('#^(\d|\d\.\d)([\d\+\-\s\/\*]+|\d+\.\d+)(\d|\d\.\d)+$#', $input) > 0) {
            preg_match_all('#(\d\.\d+|\d+|[\+\-\/\*])#', $input, $output);
            $pre = $output[0];
            $j = count($pre);
            $operator = null;
            $final = null;

            for ($i = 0; $i < $j; $i++) {
                var_dump($pre[$i]);

                switch ($pre[$i]) {
                    case '-':
                    case '+':
                    case '*':
                    case '/':
                        if ($op !== null) {
                            //Se já houver um operador "preparado" e tentar adicionar outro força um erro
                            throw new Exception('Erro na ordem dos operadores');
                        }

                        $op = $pre[$i];
                    break;
                    default:
                        if ($final === null){
                            $final = $pre[$i];
                        } else if ($operator === null) {
                            //Se o anterior não era um operador força um erro
                            throw new Exception('Erro, falta um operador');
                        } else if (is_numeric($pre[$i])) {
                            $final = self::subcalc($final, $pre[$i], $operator);
                            //Remove operador usado
                            $operator = null;
                        } else {
                            //Se o numero na sequencia for invalido força um erro
                            throw new Exception('Formato do numero é invalido');
                        }
                }
            }

            return $final;
        } else {
            throw new Exception('Input invalido');
        }
    }
}

var_dump( SimpleMath::parse('2 * 2 - 1') );
<?php

class SimpleMath
{
    private function toNumeric($val)
    {
        return strpos($val, '.') === false ? intval($val) : floatval($val);
    }

    private static function subcalc($a, $b, $operator)
    {
        switch ($operator)
        {
            case '-':
                return $a - $b;
            break;
            case '+':
                return self::toNumeric($a) + self::toNumeric($b);
            break;
            case '*':
                return $a * $b;
            break;
            case '/':
                return $a / $b;
            break;
        }
    }

    public static function parse($input)
    {
        $input = trim($input);

        if (preg_match('#^(\d|\d\.\d)([\d\+\-\s\/\*]+|\d+\.\d+)(\d|\d\.\d)+$#', $input) > 0) {
            preg_match_all('#(\d\.\d+|\d+|[\+\-\/\*])#', $input, $output);
            $pre = $output[0];
            $j = count($pre);
            $operator = null;
            $final = null;

            for ($i = 0; $i < $j; $i++) {
                var_dump($pre[$i]);

                switch ($pre[$i]) {
                    case '-':
                    case '+':
                    case '*':
                    case '/':
                        if ($op !== null) {
                            throw new Exception('Erro na ordem dos operadores');
                        }

                        $op = $pre[$i];
                    break;
                    default:
                        if ($final === null){
                            $final = $pre[$i];
                        } else if ($operator === null) {
                            throw new Exception('Erro, falta um operador');
                        } else if (is_numeric($pre[$i])) {
                            $final = self::subcalc($final, $pre[$i], $operator);
                            $operator = null;
                        } else {
                            throw new Exception('Formato do numero é invalido');
                        }
                }
            }

            return $final;
        } else {
            throw new Exception('Input invalido');
        }
    }
}

var_dump( SimpleMath::parse('2 * 2 - 1') );
<?php

class SimpleMath
{
    private static function subcalc($a, $b, $operator)
    {
        switch ($operator)
        {
            case '-':
                return $a - $b;
            break;
            case '+':
                return $a + $b;
            break;
            case '*':
                return $a * $b;
            break;
            case '/':
                return $a / $b;
            break;
        }
    }

    public static function parse($input)
    {
        $input = trim($input);

        if (preg_match('#^(\d|\d\.\d)([\d\+\-\s\/\*]+|\d+\.\d+)(\d|\d\.\d)+$#', $input) > 0) {
            preg_match_all('#(\d\.\d+|\d+|[\+\-\/\*])#', $input, $output);
            $pre = $output[0];
            $j = count($pre);
            $operator = null;
            $final = null;

            for ($i = 0; $i < $j; $i++) {
                var_dump($pre[$i]);

                switch ($pre[$i]) {
                    case '-':
                    case '+':
                    case '*':
                    case '/':
                        if ($op !== null) {
                            //Se já houver um operador "preparado" e tentar adicionar outro força um erro
                            throw new Exception('Erro na ordem dos operadores');
                        }

                        $op = $pre[$i];
                    break;
                    default:
                        if ($final === null){
                            $final = $pre[$i];
                        } else if ($operator === null) {
                            //Se o anterior não era um operador força um erro
                            throw new Exception('Erro, falta um operador');
                        } else if (is_numeric($pre[$i])) {
                            $final = self::subcalc($final, $pre[$i], $operator);
                            //Remove operador usado
                            $operator = null;
                        } else {
                            //Se o numero na sequencia for invalido força um erro
                            throw new Exception('Formato do numero é invalido');
                        }
                }
            }

            return $final;
        } else {
            throw new Exception('Input invalido');
        }
    }
}

var_dump( SimpleMath::parse('2 * 2 - 1') );
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Syzoth
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Não discordo do uso do eval, o problema é que se não dizer o tratamento dos dados podem ocorrer problemas na entrada de valores o que deixará de ser uma operação matemática para a ser uma injeção de código.

Ainda sim um simples "parser" pode resolver, um exemplo com preg_match_all seria assim:

preg_match_all('#(\d\.\d+|\d+|[\+\-\/\*])#', $input, $output);
var_dump($output[0]);

Ele extrai todos valores inteiros, com ponto flutuante e operadores simples, claro que ainda é possível injetar caracteres inválidos, no caso faça uma checagem do input, assim:

if (preg_match('#^(\d|\d\.\d)([\d\+\-\s\/\*]+|\d+\.\d+)(\d|\d\.\d)+$#', $input) > 0) {

    preg_match_all('#(\d\.\d+|\d+|[\+\-\/\*])#', $input, $output);
    var_dump($output[0]);
}

Ainda teremos o problema da pessoa fazer cálculos assim:

2 2 3 + - /

Mas você pode resolver checando no loop o ultimo valor, um exemplo completo que fiz:

<?php

class SimpleMath
{
    private function toNumeric($val)
    {
        return strpos($val, '.') === false ? intval($val) : floatval($val);
    }

    private static function subcalc($a, $b, $operator)
    {
        switch ($operator)
        {
            case '-':
                return $a - $b;
            break;
            case '+':
                return self::toNumeric($a) + self::toNumeric($b);
            break;
            case '*':
                return $a * $b;
            break;
            case '/':
                return $a / $b;
            break;
        }
    }

    public static function parse($input)
    {
        $input = trim($input);

        if (preg_match('#^(\d|\d\.\d)([\d\+\-\s\/\*]+|\d+\.\d+)(\d|\d\.\d)+$#', $input) > 0) {
            preg_match_all('#(\d\.\d+|\d+|[\+\-\/\*])#', $input, $output);
            $pre = $output[0];
            $j = count($pre);
            $operator = null;
            $final = null;

            for ($i = 0; $i < $j; $i++) {
                var_dump($pre[$i]);

                switch ($pre[$i]) {
                    case '-':
                    case '+':
                    case '*':
                    case '/':
                        if ($op !== null) {
                            throw new Exception('Erro na ordem dos operadores');
                        }

                        $op = $pre[$i];
                    break;
                    default:
                        if ($final === null){
                            $final = $pre[$i];
                        } else if ($operator === null) {
                            throw new Exception('Erro, falta um operador');
                        } else if (is_numeric($pre[$i])) {
                            $final = self::subcalc($final, $pre[$i], $operator);
                            $operator = null;
                        } else {
                            throw new Exception('Formato do numero é invalido');
                        }
                }
            }

            return $final;
        } else {
            throw new Exception('Input invalido');
        }
    }
}

var_dump( SimpleMath::parse('2 * 2 - 1') );

Não funciona para cálculos avançados, mas basta você adaptar e adicionar condições e ou operadores, também tem o caso de usar os parenteses assim que possivel irei criar um exemplo que suporte algo como (1 * 2) - (3 /4)