软工作业03

一，题目要求（四则运算3）

1、学生写的程序必须能判定用户的输入答案是否正确，例如程序输出：20 – 5 = ?用户输入15，那么程序就会反馈正确，然后继续出题。直到 30 道题目结束，程序最后告诉用户作对了几道题。

2、程序必须能处理四种运算的混合算式；

n20 – 5 * 2 =？           正确答案是10.

n20– 5 * 2 + 9 / 3 = ？   正确答案是13

3、注意：连续的减法和除法，应该遵守左结合的规定。 连续除法要打括号，否则会引起歧义

二、设计思想

使用栈来实现，因为栈的“先进后出”的特性正好满足了能通过后缀表达式去计算出四则运算式子的结果。而后缀表达式的转化也能使用栈对中缀表达式进行操作从而转化。关于题目的保存和提取可以使用文件读写函数，这样就可以判断用户的答案的正确性了，关于提取，加一个判断是否为操作符的函数就ok了，可以尝试使用类来封装做题的这个程序，在main文件里只加是否继续就ok，

三、源程序代码

类的头文件

#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include<time.h>
#include <stdio.h>
#include<fstream>
#include<cmath>
#include<sstream>
#include<strstream>
#include<math.h>
#include<iomanip>
#define MAX 100
#define False 0
#define True 1
using namespace std;
typedef string SelemType;
typedef struct{
    SelemType *base;
    SelemType *top;
    int stacksize;
}Sqstack;

class ArithMath
{
private:
    Sqstack s;
    string str1[4];    //运算符数组，存储+ - * /
    int n,m;
    int num[6];      //随机生成的操作数
    char str2[25];   //整数转化为的字符数组
    char str3[25];   //整数转化为的字符数组
    string str4[100];
    int OperatorNum[1000];    //运算符数组，每生成一个运算符存进数组

public:
    ArithMath(void);
    ~ArithMath(void);
    void InitStack(Sqstack &s)                 //栈的初始化
    {
         s.base=new SelemType[MAX];
         if(!s.base)exit(1);
         s.top=s.base;
         s.stacksize =MAX;
    }
    void Push(Sqstack &s,SelemType e)          //压入
    {
        if(s.top-s.base==s.stacksize)
            exit(1);
        *s.top++=e;
    }
    void Pop(Sqstack &s,SelemType &e)          //弹出
    {
         if(s.top==s.base)
            exit(1);
         e=*--s.top;
    }
    SelemType GetTop(Sqstack &s)          //取顶
    {
         if(s.top==s.base)
             exit(1);
         return *(s.top-1);
    }

    void workNum();//控制中心函数
    void changeNum(int n,int y,int min,int max);
    void changeNum1(int n,int min,int max);
    int In(SelemType);//判断是否为运算符
    SelemType Operate(SelemType a1,SelemType theta,SelemType b1);//计算
    char Precede(string theta1,string theta2);//运算符的计算顺序判断
    string TiQuString(string,int &);
    string OPeration(string);
    void Input(int n,int p,int min,int max,int &j,int &q);
    void Input1(int n,int p,int min,int max,int &j,int &q);
    void sort(int min,int max);
    void sort1(int min,int max);
    void Simplification(int &m,int &n) ;
    void Input2(int n,int p,int min,int max,int &j,int &q);
};

类的cpp文件

#include "ArithMath.h"

ArithMath::ArithMath(void)
{
    str1[0]='+';
    str1[1]='-';
    str1[2]='*';
    str1[3]='/';
}

ArithMath::~ArithMath(void)
{
    
}


int ArithMath::In(SelemType ch)                        //判断是否为运算符
{
    if(ch=="+"||ch=="-"||ch=="*"||ch=="/"||ch=="("||ch==")"||ch=="#")
        return True;
     else
        return False;
}
SelemType ArithMath::Operate(SelemType a1,SelemType theta,SelemType b1)                          //计算
{
    stringstream ss;
    SelemType c1;
    double m1,m2;
    double m3,m4;
    m1=atof(a1.c_str());
    m2=atof(b1.c_str());
    if(theta=="+")
        m3=m1+m2;
    else if(theta=="-")
        m3=m1-m2;
    else if(theta=="*")
        m3=m1*m2;
    else if(theta=="/")
        m3=m1/m2;
    m4=double((int)(m3*100))/100.0;
    ss<<m4;
    ss>>c1;
    return c1;
}
char ArithMath::Precede(string theta1,string theta2)                     //运算符的计算顺序判断
{
    char chx;
    if(theta1=="+")
    {
        if(theta2=="*"||theta2=="/"||theta2=="(")
            chx = '<';
        else
            chx = '>';   
    }
    else if(theta1=="-")
    {
        if(theta2=="*"||theta2=="/"||theta2=="(")
            chx = '<';
        else
            chx = '>';   
    }
    else if(theta1=="*")
    {
        if(theta2=="(")
            chx = '<';
        else
            chx = '>';   
    }
    else if(theta1=="/")
    {
        if(theta2=="(")
            chx = '<';
        else
            chx = '>';   
    }
    else if(theta1=="(")
    {
         if(theta2==")")
             chx = '=';
         else if(theta2=="#")
             chx='$';
         else
            chx = '<';   
    }
    else if(theta1==")")
    {
        if(theta2=="(")
            chx = '$';
        else
            chx = '>';   
    }
    else if(theta1=="#")
    {
        if(theta2=="#")
            chx = '=';
        else if(theta2==")")
            chx='$';
        else
            chx = '<';   
    }
     return chx;
}
string ArithMath::TiQuString(string str,int &i)
{
    string ch;
    char *q;
    string p;
    p=str;
    q=&p[i];
    ch=ch+*q;
    if((*q>='0')&&(*q<='9'))
    {
        i++;
        int j=1;
        while((*(q+j)>='0')&&(*(q+j)<='9'))
        {
            ch=ch+*(q+j);
            j++; 
        }
        i=i+j-1;    
    }
    else
    {
        ch=*q;
        i++;
    }
    return ch;
}
string ArithMath::OPeration(string str)
{

     string str1;
     str1=str+"#";
     int i=0;
     string ch;
     ch=TiQuString(str1,i);
     SelemType theta,x1,a1,b1;
     Sqstack OPND,OPTR;
     InitStack(OPTR);
     InitStack(OPND);
     Push(OPTR,"#");
     while(ch!="#"||GetTop(OPTR)!="#")
     {
         int f;
         f=In(ch);
         if(f!=True)
         {
             Push(OPND,ch);
             ch=TiQuString(str1,i);
         }
         else
            {
                switch(Precede(GetTop(OPTR),ch))
                {
                case '<':
                    {
                        Push(OPTR,ch);
                        ch=TiQuString(str1,i);
                        break;
                    }
                case '>':
                    {
                        Pop(OPTR,theta);
                        Pop(OPND,b1);Pop(OPND,a1);
                        Push(OPND,Operate(a1,theta,b1));
                        break;
                    }
                case '=':
                    {
                        Pop(OPTR,x1);
                        ch=TiQuString(str1,i);
                        break;
                    }
                case '$':
                    {
                        cout<<"该表达式有错";
                        break;
                    }
                default:break;
                }
         }
     }
     return GetTop(OPND);

} 
void ArithMath::Input(int n,int p,int min,int max,int &j,int &q)
{
    int num1,num2,num3,num4,num5;                        //随机数
    int c=0;                                             //指向第一个运算符数组的下标
    int s=0;                                             //括号的个数
    string str;
    ofstream outfile;    
    outfile.open("a.txt",ios::app);                  
    if(!outfile)
    {
        cerr<<"OPEN ERROR!"<<endl;
        exit(0);
    }
    num1=rand()%(max-min+1)+min;
    num2=rand()%(max-min+1)+min;
    num3=rand()%4;                                       //随机数指向运算符数组的下标
    itoa(num1,str2,10);                                  //整数转化为字符数组
    itoa(num2,str3,10);                                   //整数转化为字符数组
    str=str2+str1[num3]+str3;                             //生成表达式
    OperatorNum[c]=num3;                                  //当前生成的符号存入OperatorNum数组里
    c++;
    n=n-2;                       //消耗了两个操作数
    while(n!=0)                 //当n不等于0时，循环生成str，即表达式+符号+表达式的形式
    {    
        num4=rand()%2;
        if(num4==0)             //上一个str放在符号的左边
        {
            num5=rand()%2;
            if(s<=3)

            {
                if(num5==0)            //上一个str不加括号
                {
                    num3=rand()%4;
                    OperatorNum[c]=num3;
                    c++;
                    num1=rand()%(max-min+1)+min;
                    itoa(num1,str2,10);
                    if((num3==3)&&(OperatorNum[c-2]==3))            //避免生成6/3/2的形式
                        str="("+str+")"+str1[num3]+str2;
                    else
                        str=str+str1[num3]+str2;
                }
                else                           //上一个str加括号
                {

                    num3=rand()%4;
                    num1=rand()%(max-min+1)+min;
                    itoa(num1,str2,10);
                    str="("+str+")"+str1[num3]+str2;
                    s++;
                }
            }
            else

            {
                num3=rand()%4;
                OperatorNum[c]=num3;
                c++;
                num1=rand()%(max-min+1)+min;
                itoa(num1,str2,10);
                if((num3==3)&&(OperatorNum[c-2]==3))            //避免生成6/3/2的形式
                    str="("+str+")"+str1[num3]+str2;
                else
                    str=str+str1[num3]+str2;
            }
        }
        else                              //上一个str放在符号的右边
        {
            num5=rand()%2;
            if(s<=3)
            {
                if(num5==0)                    // 上一个str不加括
                {
                    num3=rand()%4;
                    OperatorNum[c]=num3;
                    c++;
                    num1=rand()%(max-min+1)+min;
                    itoa(num1,str2,10);
                    if((num3==3)&&(OperatorNum[c-2]==3))
                        str=str2+str1[num3]+"("+str+")";
                    else
                        str=str2+str1[num3]+str;
                }
                else                         //上一个str加括号
                {
                    num3=rand()%4;
                    num1=rand()%(max-min+1)+min;
                    itoa(num1,str2,10);
                    str=str2+str1[num3]+"("+str+")";
                    s++;
                }
            }
            else
            {
                num3=rand()%4;
                OperatorNum[c]=num3;
                c++;
                num1=rand()%(max-min+1)+min;
                itoa(num1,str2,10);
                if((num3==3)&&(OperatorNum[c-2]==3))
                    str=str2+str1[num3]+"("+str+")";
                else
                    str=str2+str1[num3]+str;
            }
        }
        n--;                                //消耗一个操作数
    }
    string result1,result2;               //result1表示用户输入的答案，result2表示程序计算的结果
    str4[p]=str;                         //把str存入字符串数组str4中
    for(int i=0;i<p;i++)                 //查询四则运算式是否有重复
        if(str4[i]==str4[p])
             Input(m,p,min,max,j,q);
    cout<<str4[p]<<"=";
    result2=OPeration(str);                  //计算四则表达式
    cin>>result1;
    if(result1==result2)                        //判断结果是否正确
    {
        cout<<"计算正确";
        j++;
    }
    else
    {
        cout<<"计算错误,答案是"<<setprecision(2)<<fixed<<result2;
        q++;
    }
    outfile<<str4[p]<<endl;
    cout<<endl;
}
void ArithMath::Input1(int n,int p,int min,int max,int &j,int &q)
{
    int num1,num2,num3,num4;
    int c=0;
    int s=0;
    string str;
    ofstream outfile;
    outfile.open("a.txt",ios::app);                  
    if(!outfile)
    {
        cerr<<"OPEN ERROR!"<<endl;
        exit(0);
    }
    num1=rand()%(max-min+1)+min;
    num2=rand()%(max-min+1)+min;
    num3=rand()%4;
    itoa(num1,str2,10);
    itoa(num2,str3,10);
    str=str2+str1[num3]+str3;
    OperatorNum[c]=num3;
    c++;
    n=n-2;
    while(n!=0)                 //当n不等于0时，循环生成str，即表达式+符号+表达式的形式
    {    
        num4=rand()%2;
        if(num4==0)             //上一个str放在符号的左边
        {
            num3=rand()%4;
            OperatorNum[c]=num3;
            c++;
            num1=rand()%(max-min+1)+min;
            itoa(num1,str2,10);
            if((num3==3)&&(OperatorNum[c-2]==3))            //避免生成6/3/2的形式
                str="("+str+")"+str1[num3]+str2;
            else
                str=str+str1[num3]+str2;
        }
        else                              //上一个str放在符号的右边
        {
            num3=rand()%4;
            OperatorNum[c]=num3;
            c++;
            num1=rand()%(max-min+1)+min;
            itoa(num1,str2,10);
            if((num3==3)&&(OperatorNum[c-2]==3))
                str=str2+str1[num3]+"("+str+")";
            else
                str=str2+str1[num3]+str;
        }        
        n--;
    }
    string result1,result2;
    str4[p]=str;                         //把str存入字符串数组str4中
    for(int i=0;i<p;i++)                 //查询四则运算式是否有重复
        if(str4[i]==str4[p])
             Input(m,p,min,max,j,q);
    cout<<str4[p]<<"=";
    result2=OPeration(str);
    cin>>result1;
    if(result1==result2)
    {
        cout<<"计算正确";
        j++;
    }
    else
    {
        cout<<"计算错误,答案是"<<setprecision(2)<<fixed<<result2;
        q++;
    }
    outfile<<str4[p]<<endl;
    cout<<endl;
}
void ArithMath::sort(int min,int max){                      //生成四个随机数并排序
    num[0]=rand()%(max-min+1)+min;
    num[1]=rand()%(max-min+1)+min;
    num[2]=rand()%(max-min+1)+min;
    num[3]=rand()%(max-min+1)+min;
    for(int i=0;i<4;i++){
        for(int j=0;j<i;j++){ 
            if(num[i]>num[j])
            {
                int temp=0;
                temp=num[i];
                num[i]=num[j];
                num[j]=temp;
            }
        }
    }    
}
void ArithMath::sort1(int min,int max)                                    //生成两个随机数，并排序
{                     
    num[4]=rand()%(max-min+1)+min;
    num[5]=rand()%(max-min+1)+min;
    for(int i=4;i<6;i++){
        for(int j=4;j<i;j++){ 
            if(num[i]>num[j])
            {
                int temp=0;
                temp=num[i];
                num[i]=num[j];
                num[j]=temp;
            }
        }
    }    
}
void ArithMath::Simplification(int &m,int &n)                                    //真分数化简
{
    int x,y,i,p;                                                     //公约数p
    if(m>=n)
    {
        x=n;
        y=m;
    }
    if(m<n)
    {
        x=m;
        y=n;
    }
    for(i=x;i>0;i--)
    {
        if(x%i==0&&y%i==0)
        {
            p=i;
            break;
        }
    }
    m=m/p;
    n=n/p;
}
void ArithMath::Input2(int n,int p,int min,int max,int &j,int &q)
{
    int num3,num4,s=0;
    string str,strr2,strr3,str5,str6,str7,str8,str9;
    stringstream ss1,ss2,ss3,ss4,ss5,ss6,ss7,ss8;
    ofstream outfile;
    outfile.open("a.txt",ios::app);                  
    if(!outfile)
    {
        cerr<<"OPEN ERROR!"<<endl;
        exit(0);
    }
    num3=rand()%4;
    sort(min,max);
    Simplification(num[0],num[3]);
    Simplification(num[1],num[2]);
    ss1<<num[0];
    ss1>>strr2;
    ss2<<num[1];
    ss2>>strr3;
    ss3<<num[2];
    ss3>>str5;
    ss4<<num[3];
    ss4>>str6;
    if((str5!=strr3)&&(str6!=strr2))                                             //避免生成分子分母相等的表达式
        str="("+str5+"/"+strr3+")"+str1[num3]+"("+str6+"/"+strr2+")";
    else if(str5==strr3)
        str=str5+str1[num3]+"("+str6+"/"+strr2+")";
    else if(str6==strr2)
        str="("+str5+"/"+strr3+")"+str1[num3]+str6;
    n=n-4;
    while(n!=0)                 //当n不等于0时，循环生成str，即表达式+符号+表达式的形式
    {    
        num4=rand()%2;
        if(num4==0)             //上一个str放在符号的左边
        {
            sort1(min,max);
            Simplification(num[4],num[5]);
            num3=rand()%4;
            ss5<<num[4];
            ss5>>str7;
            ss6<<num[5];
            ss6>>str8;
            if(str7!=str8)                                                //避免生成分子分母相等的表达式
                str9="("+str8+"/"+str7+")";
            else
                str9=str8;
            str=str+str1[num3]+str9;
        }
        else                              //上一个str放在符号的右边
        {    
            sort1(min,max);
            Simplification(num[4],num[5]);
            num3=rand()%4;
            ss7<<num[4];
            ss7>>str7;
            ss8<<num[5];
            ss8>>str8;
            if(str7!=str8)                                                         //避免生成分子分母相等的表达式
                str9="("+str8+"/"+str7+")";
            else
                str9=str8;
            str=str9+str1[num3]+str;
        }        
        n=n-2;
    }
    string result1,result2;
    str4[p]=str;                         //把str存入字符串数组str4中
    for(int i=0;i<p;i++)                 //查询四则运算式是否有重复
        if(str4[i]==str4[p])
             Input2(m,p,min,max,j,q);
    cout<<str4[p]<<"=";
    result2=OPeration(str);
    cin>>result1;
    if(result1==result2)
    {
        cout<<"计算正确";
        j++;
    }
    else
    {
        cout<<"计算错误,答案是"<<setprecision(2)<<fixed<<result2;
        q++;
    }
    outfile<<str4[p]<<endl;
    cout<<endl;
}
void ArithMath::changeNum(int n,int y,int min,int max)
{
    int j=0,q=0,num6;
    if(y==1)
    {
        for(int i=0;i<n;i++)                  
        {
            num6=rand()%9+2;
            switch(num6)
            {
            case 2:Input(2,i,min,max,j,q);break;
            case 3:Input(3,i,min,max,j,q);break;
            case 4:Input(4,i,min,max,j,q);break;
            case 5:Input(5,i,min,max,j,q);break;
            case 6:Input(6,i,min,max,j,q);break;
            case 7:Input(7,i,min,max,j,q);break;
            case 8:Input(8,i,min,max,j,q);break;
            case 9:Input(9,i,min,max,j,q);break;
            case 10:Input(10,i,min,max,j,q);break;    
            }
        }
        cout<<"本次测试结束"<<endl;
        cout<<"正确----"<<j<<"道题,错误----"<<q<<"道题"<<endl;
    }
    else
    {
        for(int i=0;i<n;i++)                  
        {
            num6=rand()%9+2;
            switch(num6)
            {
            case 2:Input1(2,i,min,max,j,q);break;
            case 3:Input1(3,i,min,max,j,q);break;
            case 4:Input1(4,i,min,max,j,q);break;
            case 5:Input1(5,i,min,max,j,q);break;
            case 6:Input1(6,i,min,max,j,q);break;
            case 7:Input1(7,i,min,max,j,q);break;
            case 8:Input1(8,i,min,max,j,q);break;
            case 9:Input1(9,i,min,max,j,q);break;
            case 10:Input1(10,i,min,max,j,q);break;    
            }
        }
        cout<<"本次测试结束"<<endl;
        cout<<"正确----"<<j<<"道题,错误----"<<q<<"道题"<<endl;
        
        
    }
}
void ArithMath::changeNum1(int n,int min,int max)
{
    int j=0,q=0,p,num6;
    for(int i=0;i<n;i++)                  
    {
        num6=rand()%4;
        p=4+2*i;                               //表示生成的操作数的个数
        switch(p)
        {
        case 4:Input2(4,i,min,max,j,q);break;
        case 6:Input2(6,i,min,max,j,q);break;
        case 8:Input2(8,i,min,max,j,q);break;
        case 10:Input2(10,i,min,max,j,q);break;    
        }
    }
        cout<<"本次测试结束"<<endl;
        cout<<"正确----"<<j<<"道题,错误----"<<q<<"道题"<<endl;
}
void ArithMath::workNum()//控制中心函数
{
    cout<<"**********************欢迎您使用四则运算生成器3.0！**************************"<<endl;
    int x,y,max,min;
    srand((unsigned)time(NULL));
    ofstream outfile1;
    outfile1.open("a.txt");
    if(!outfile1)
    {
        cerr<<"OPEN ERROR!"<<endl;
        exit(0);
    }
    cout<<"         1.整数的四则运算                  "<<endl;
    cout<<"         2.真分数的四则运算                "<<endl;
    cout<<"请选择：";
    cin>>x;
    while(x!=1&&x!=2)
    {
        cout<<"输入有误，请重新输入！"<<endl;
        cin>>x;
    }
    switch(x)
    {
        case 1:
            {
                cout<<"取值范围最小值（大于等于1）：";
                cin>>min;
                cout<<"取值范围最大值：";
                cin>>max;
                cout<<"有(无)括号运算(注释：真分数必须加括号，以防形成6/3/2的形式)---有（1），无（0）：";
                cin>>y;
                cout<<"题目数量：";
                cin>>n;
                cout<<"      请开始答题          "<<endl;
                changeNum(n,y,min,max);
                break;
            }
        case 2:
            {
                cout<<"取值分子分母范围最小值（大于等于1）：";
                cin>>min;
                cout<<"取值分子分母范围最大值（大于等于1）：";
                cin>>max;
                cout<<"题目数量：";
                cin>>n;
                cout<<"       请开始答题          "<<endl;
                changeNum1(n,min,max);
                break;
            }
    }
    cout<<"****************************************************************************"<<endl;
}

main.cpp

#include "ArithMath.h"
void main()
{
    int p=1;
    do
    {
        ArithMath s;
        s.workNum();
        cout<<"是否继续生成运算题(输入1则生成否则不生成):"<<endl;
        cin>>p;
        while(p!=1&&p!=0)
        {
            cout<<"请输入1或0(输入1则生成否则不生成):"<<endl;
            cin>>p;
        }
    }while(p=1);
    cout<<"The End!"<<endl;
}

四、运行结果截图

五、编程总结分析

数据结构和算法真是个好东西啊，以后一定有更多的地方用的到，后悔没有好好学呀，欠下的总得还的，看来得把栈和队列好好补补了

六、时间记录日志

日期	开始时间	结束时间	净时间	活动	备注
3.21	8:00,16:00	10:00,17:00	3h	上课，编程	单元测试
3.22	19:00	20：00	1h	博客	读后感
3.23	19:00	20：00	1h	编程
3.24	19:00	20：00	1h	编程
3.25	19:00	20：00	1h	编程
3.26	9：00,13:00	12:30 17：00	7.5h	编程