github地址：https://github.com/ljw-wakeup/expression_project2
对于这种结对的工作，由于有过电子设计实践的基础，大概知道建一个工程需要做的事，有点经验还是有帮助的。
小组成员:李鑫PB16061107 林静雯PB16060913
一、问题要求：
1·主要功能是随机产生有效的运算式。
2·可以学霸或者老师选择运算式的要求，比如：运算式的个数，运算式的长度，运算符的种类，运算数的大小范围，运算数的种类（整数，小数，分数）。
3·当自己产生的式子得自己算,然后给出运算式和结果。
4.和UI对接，这也是这次作业的关键，我们要接受来自UI的设置参数，并将表达式和结果以API形式传给UI。
二、分析问题与处理思想
分析
一、 如何产生合法的表达式：
1. 产生的东西只有数与符
2. 数字的运算都是加减乘除乘方
3. 采用什么方式产生表达式才能合法？逆波兰式？波兰式？表达式二叉树？
二、 如何分类以及如何设计API
1. 这个项目的主要模块是：设置参数模块、表达式二叉树结点模块、表达式模块
2. 这些模块之间的耦合和模块类型？类？结构体？
3. API的设计的关键是我们要把数据以什么形式传给UI，文件？xml？指针
某鑫的思考：
在最初思考建立表达式中间有一环特别烦，那就是不能产生重复的表达式，所谓的重复，呵呵呵，关键一开始还有一种不重复的情况我都没有理解清楚，直到想到了中缀表达式所对应的二叉树的时候才反应过来啥是重复，啥是不重复。直到这个时候，心中才有了眉目，应该怎么去实现随机算式的产生以及判断重复。
因为要将符号与数生在一棵树上，所以将二者统一为一种类，数字和字符随机选择，选择完毕在随机选择更加细致的内容：数字的大小，运算符的种类。
三种数的产生与储存和运算处理
首先分数怎么储存？2/3怎么放？13/37怎么放？没办法，就这么放了，分子放一边分母放一边。那么检查检查整数和小数可不可以融进分数这样的结构中？不能兼容也得兼容呀，不然我的树在建立的时候还得分是分数树还是非分数树？那么整数和小数区别于分数在于没有分母（分母为1）这是关键，至关重要哟，小数区别于整数的地方就是...就是...哎呀，你选择保留几位小数之后就不去别了嘛，就只有在除法的时候麻烦一点，判断整除约分处理的时候注意一下下就好了。
数字的储存统一格式之后就是一定要重载各种运算符了。
计算和产生表达式都是后序遍历二叉树的结果，所以就写在一起。
某林的思考：
如何区分子模块，将子模块写成类还是结构体，模块与模块之间的联系是什么是我拿到这个题目后最先想的问题。首先第一次真正的写C++，要将什么定为一个类是一个难题。鉴于我们已经讨论好用表达式二叉树储存表达式，那么对象也渐渐清晰。
首先树肯定是一个类，也就是表达式，但是我们在表达式这个层面，更多的是基于树与树之间的操作，而不是单棵树的操作，比如说检查表达式是否重复，于是就将这个类定为产生一系列的树generate
那么树的结点也是一个类，这个结点可以是运算符，也可以是运算数，里面存放着关于数和运算符的所有信息，之后的+-*/^这些运算都是这个类的方法，包括约分等等，这个类是计算的重点，node
还有一个设置参数模块，这个模块应该用结构体还是类？鉴于这个结构体会被generate这个类和node类调用，我们就暂时把它设为结构体。但事实上，我们后来需要基于这个类的信息处理一些函数，并且这些函数与node和generate没有直接关系，于是又把它建成了类。类setting。
这三个类的关系很简单，generate类调用node类的方法和setting类的方法，node类调用setting类的方法。node 并不会调用generate，setting 则不会调用其他的类。
事实证明，这个结构划分给我们的程序已比较简洁明了的层次感，也降低了出现致命错误的概率。
三、PSP表格：
四、源码展示：
数据结构：
Setting类：
主要用于参数设置和修改，以及基于参数做一些纯数学处理。
class Setting:exception
{
private:
int expnumber; //生成表达式的个数
int operator_account; //操作符数量
int operation; //操作符对应函数值
bool is_proper_fraction; //是否支持真分数运算
bool is_decimal; //是否支持小数运算
int accuracy; //精度
int range[2]; //范围
struct Operate { //操作符选择//这个好烦啊
bool add;
bool sub;
bool mul;
bool div;
bool pow;
};
Operate operate;
public:
int funcOperate();
int numbertype();
std::string load(double number); //将int 型转换成char*数组
Setting(int ExpNumber, int operator_number,int Accuracy, bool fraction, bool decimal, int min, int max, bool Add, bool Sub, bool Mul, bool Div, bool Pow);
int getRange_min();
int getRange_max();
int getAccuracy();
int getOperator_account();
bool getIs_proper_fraction();
bool getIs_decimal();
int getExpnumber();
void init(int ExpNumber, int operator_number, int Accuracy, bool fraction, bool decimal,int min, int max, int operator_mode);
Setting();
void setOperate_pow(bool value);
void setRange(int min, int max);
};
node类：
二叉树表达式结点，存放运算符或操作数，方法主要是结点运算等。
class node
{
private:
int operate; //运算符的类型 0表示不是运算符 1表示+ 2表示- 4表示* 8表示/ 16表示^
bool type; //1是操作符 0是操作数
//int numtype; //设置操作数类型,整数为0，小数为1， 真分数为2
float up; //分子
long long down; //分母
public:
node(bool Type, int operate, double up, long long down);
node();
~node();
node* leftptr; //左指针
node* rightptr; //右指针
void setNode(bool type, Setting setting); //设置结点类型,并生成结点数据
void setNode(bool Type, double Up, long long Down, int Operate);
void setNodePow(); //设置乘方结点
void geneNode(Setting setting); //生成结点类型，并生成结点数据
bool getType(); //获取结点类型
double getup(); //获取分子
long long getdown(); //获取分母
int getOperate(); //获取操作符
bool operator_is_div(); //判断是否为除法
bool operator_is_pow(); //判断是否为乘方
bool operator==(node &num2); //判断对象是否相等
node operator+(node &num2);
node operator-(node &num2);
node operator*(node &num2);
node operator/(node &num2);
node power(node &right);
bool judge_node(); //判断结点是否非法 //也就是分母
std::string num2str(Setting setting); //将真分数转化为char型数组
int judge_priority(node node2); //判断优先级
std::string transform_Operate(); //操作符转换
void simplify(); //约分
};
generate类：
产生一系列表达式，检查是否重复……
typedef struct Expression {
string expression;
node consequence;
}Expression;
class generate
{
private:
Setting setting;
vector<node*> TreeList; //用vector存放表达式指针的数组//或者用什么其它的链表之类的
node* creExpression(node* Nptr, int &onum); //递归生成一棵表达式二叉树
bool checkrepeat(node* Nptr, Expression &exp); //检查是否重复
bool checkRepeatT(node* ptr, node* rootptr); //检查树是否重复
void addTree(node* rootptr); //把树放到vector中
void addExpression(Expression expression); //把表达式放到vector
Expression getExpression(node* rootptr); //中序遍历得到表达式和值
node getValue(node left, node right, int Operate); //计算
public:
generate();
~generate();
bool set(int ExpNumber, int operator_number, int Accuracy, bool fraction, bool decimal,int min, int max, int operator_mode); //设置参数结构体
vector<Expression> ExpressionList; //表达式数组
void setRootnode(node* rootptr, Setting setting); //设置根结点参数
void expression(); //创建一系列表达式（一堆二叉树，并用vector存放）
void show(); //显示表达式
void consequence(); //最终结果
void str_cat(Expression &dis, Expression src1, Expression src2); //表达式的链接
};
接下来是主要代码：
随机产生结点：
void node::setNode(bool type1, Setting setting) {
srand((unsigned)time(NULL));
if (type1 == OPERATOR) {
type = OPERATOR;
int op = setting.funcOperate();
int op1;
do {
op1 = (int)pow(2, rand() % 5);
} while (!(op1 & op));
operate = op1;
up = UP;
down = DOWN;
}
else if (type1 == NUMBER) {
type = NUMBER;
operate = OPERATE;
int num = setting.numbertype();
switch (num) {
case 0:
{
up = setting.getRange_min() + rand() % (setting.getRange_max() - setting.getRange_min() + 1);
down = 1;
}
//真分数
case 1:
{
up = setting.getRange_min() + rand() % ((setting.getRange_max() - setting.getRange_min() + 1));
down = setting.getRange_min() + rand() % ((setting.getRange_max() - setting.getRange_min() + 1));
}
case 2:
{
up = setting.getRange_min() + (rand() % ((setting.getRange_max() - setting.getRange_min())*setting.getAccuracy() + 1) / setting.getAccuracy());
down = 1;
}
}
}
}
void node::geneNode(Setting setting) {
srand((unsigned)time(NULL));
type = rand() % 2;
if (type == OPERATOR) {
int op = setting.funcOperate();
int op1;
do {
op1 = (int)pow(2, rand() % 5);
} while (!(op & op1));
operate = op1;
up = UP;
down = DOWN;
}
else if (type == NUMBER) {
operate = OPERATE;
int num = setting.numbertype();
switch (num) {
case 0:
{
up = setting.getRange_min() + rand() % (setting.getRange_max() - setting.getRange_min() + 1);
down = 1;
break;
}
//真分数
case 1:
{
up = setting.getRange_min() + rand() % ((setting.getRange_max() - setting.getRange_min() + 1));
down = setting.getRange_min() + rand() % (setting.getRange_max() - setting.getRange_min() + 1);
break;
}
case 2:
{
up = setting.getRange_min() + (double)(rand() % ((setting.getRange_max() - setting.getRange_min())*setting.getAccuracy() + 1)) / (double)setting.getAccuracy();
down = 1;
break;
}
}
}
}
驾驶员：林静雯 领航员：李鑫
主要功能就是随机产生结点，或者在一定要求下随机产生结点
建树：
node* generate::creExpression(node* Nptr, int & onum) {
int min = 0;
int max = 0;
if (!Nptr) return NULL;
//左结点
Nptr->leftptr = new node;
if ((*Nptr).operator_is_pow()) {
setting.setOperate_pow(false);
min = setting.getRange_min();
max = setting.getRange_max();
setting.setRange(setting.getRange_min(), setting.getRange_min()+10);
}
//操作符数目还未到达上限
if (onum <= setting.getOperator_account()) {
Nptr->leftptr->geneNode(setting); //生成左结点类型
//如果结点类型为操作符
if (Nptr->leftptr->getType() == 1) {
onum++; //操作符数目加一
creExpression(Nptr->leftptr, onum); //递归生成左子树
}
}
//操作符已达上限
else {
Nptr->leftptr->setNode(NUMBER, setting);
}
//右结点
Nptr->rightptr = new node();
//如果操作符是乘方
if ((*Nptr).operator_is_pow()) {
Nptr->rightptr->setNodePow();
}
//操作符数目未达上限
else if (onum <= setting.getOperator_account()) {
Nptr->rightptr->geneNode(setting); //生成右结点类型
//如果结点类型为操作符
if (Nptr->rightptr->getType() == 1) {
onum++; //操作符数目加一
creExpression(Nptr->rightptr, onum); //递归生成右子树
}
}
//操作符数目达到上限
else {
Nptr->rightptr->setNode(NUMBER, setting);
}
if ((*Nptr).operator_is_pow()) {
setting.setOperate_pow(true);
setting.setRange(min, max);
}
return Nptr;
}
驾驶员：林静雯 领航人：李鑫
主要就是产生表达式==
遍历树来产生表达式和计算数值：
Expression generate::getExpression(node* rootptr) {
if (!rootptr) {
node num3;
Expression Express;
Express.consequence = num3;
Express.expression = {};
return Express;
}//虽然可能这种情况不存在的
if (!rootptr->getType()) {
Expression Express;
Express.consequence = *rootptr;
Express.expression = Express.consequence.num2str(setting);
return Express;
}
Expression Express;
Express.consequence = (*rootptr);
Expression left = getExpression(rootptr->leftptr);
if (left.consequence.getup() > MAX_NUM || left.consequence.getdown() > MAX_NUM) {
left.consequence.setNode(NUMBER, UP, 0, OPERATE);
}
Expression right = getExpression(rootptr->rightptr);
if (right.consequence.getup() > MAX_NUM || right.consequence.getdown() > MAX_NUM) {
right.consequence.setNode(NUMBER, UP, 0, OPERATE);
}
//子树结果出现非法
if (!left.consequence.judge_node()) {
return left;
}
if (!right.consequence.judge_node()) {
return right;
}
if ((*rootptr).operator_is_div() && right.consequence.getup()) {//除法
if (!setting.getIs_decimal() && !setting.getIs_proper_fraction()) {//仅支持整数
if (left.consequence.getup() / right.consequence.getup() != (long long)(left.consequence.getup() / right.consequence.getup())) {//不整除
long long makeup = ((long long)left.consequence.getup()) % ((long long)right.consequence.getup());
makeup = (long long)right.consequence.getup() - makeup;
node* new_operate = new node;
node* new_number = new node;
(*new_operate).setNode(OPERATOR, setting);
(*new_number).setNode(NUMBER, setting);
(*new_operate).setNode(OPERATOR, UP, DOWN, ADD);
(*new_number).setNode(NUMBER, makeup, DOWN, NUMBER);
(*new_operate).rightptr = new_number;
(*new_operate).leftptr = rootptr->leftptr;
rootptr->leftptr = new_operate;
string c_num = setting.load(makeup);
if (c_num == "wrong") {
Express.consequence.setNode(NUMBER, UP, 0, OPERATE);
return Express;
}
left.expression = left.expression + new_operate->transform_Operate() + c_num;
left.consequence.setNode(NUMBER, left.consequence.getup() + makeup, DOWN, ADD);
}
}
}
Express.consequence = getValue(left.consequence, right.consequence, rootptr->getOperate());
if (Express.consequence.getup() < 0) {
Express.consequence.setNode(NUMBER, -Express.consequence.getup(), Express.consequence.getdown(), Express.consequence.getOperate());
node* tem;
tem = rootptr->leftptr;
rootptr->leftptr = rootptr->rightptr;
rootptr->rightptr = tem;
str_cat(Express, right, left);
}
else {
str_cat(Express, left, right);
}
if (setting.numbertype() == 2) {
double tem = Express.consequence.getup();
tem /= Express.consequence.getdown();
Express.consequence.setNode(NUMBER, tem, DOWN, Express.consequence.getOperate());
}
else {
Express.consequence.simplify();
}
return Express;
}
驾驶员：李鑫 领航人：林静雯
整除的处理由于害怕大概率出现的减法和除法混合的话，很容易出现无法小规模修改的情况让出现a/0这样小学生无法处理的东西，所以无法整除的时候由原来的减去余数改成加上余数的补数，出现负数的时候直接交换左右子树，变负为正。
如果真的出现非法的式子：分数次幂，除数为0，数字太大超过10位数，则强行将这棵树废掉（将这棵树最后的返回结果的分母置为0，即无意义）
关键的判断重复：
bool generate::checkrepeat(node* rootptr, Expression &exp) {
for (Expression exp1 : ExpressionList) {
if (exp1.consequence == exp.consequence)
return true;
}
for (node* ptr : TreeList) {
if (checkRepeatT(ptr, rootptr)) return true;
}
return false;
}
bool generate::checkRepeatT(node* ptr, node* rootptr) {
//如果都是运算符
if (ptr == NULL && rootptr == NULL) return true;
if (ptr == NULL || rootptr == NULL) return false;
if (*ptr == *rootptr) {
return checkRepeatT(ptr->leftptr, rootptr->leftptr) && checkRepeatT(ptr->rightptr, rootptr->rightptr) || checkRepeatT(ptr->leftptr, rootptr->rightptr) && checkRepeatT(ptr->rightptr, rootptr->leftptr);
}
else return false;
}
驾驶员：林静雯 领航员：李鑫
重载了==运算，外加利用string类的==运算，很方便的判断出了重复
对外唯一接口的设定和若干入口检验：
bool generate::set(int ExpNumber, int operator_number, int Accuracy, bool fraction, bool decimal, int min, int max, int operator_mode) {
fstream setfile;
setfile.open("setting", ios::out);
//表达式个数
setfile << "ExpNumber:" << endl;
if (ExpNumber > MAX || ExpNumber < 0) {
ExpNumber = EXPNUMBER;
setfile << "false" << endl;
}
else setfile << "true" << endl;
setfile << ExpNumber << endl;
//操作符个数
setfile << "operator_number:" << endl;
if (operator_number > OPERATOR_NUMBER || operator_number < 0) {
operator_number = OPERATOR_NUMBER;
setfile << "false" << endl;
}
else setfile << "true" << endl;
setfile << operator_number << endl;
//小数位数
setfile << "Accuracy:" << endl;
if (Accuracy < 0 || Accuracy >3) {
setfile << "false" << endl;
Accuracy = ACCURACY;
setfile << Accuracy << endl;
}
else {
setfile << "true" << endl;
setfile << Accuracy << endl;
Accuracy = (int)pow(10, Accuracy);
}
//分数和小数的设置
if (fraction && decimal) {
setfile << "fration:" << endl;
setfile << "false" << endl;
fraction = false;
setfile << "no" << endl;
setfile << "decimal:" << endl;
setfile << "false" << endl;
decimal = false;
setfile << "no" << endl;
}
//分数
else {
setfile << "fraction:" << endl;
setfile << "true" << endl;
if (fraction) setfile << "yes" << endl;
else setfile << "no" << endl;
//小数
setfile << "decimal:" << endl;
setfile << "true" << endl;
if (decimal) setfile << "yes" << endl;
else setfile << "no" << endl;
}
//最小范围数
setfile << "minnum:" << endl;
if (min > max || min>MAX || min<0) {
min = MIN;
setfile << "false" << endl;
}
else setfile << "true" << endl;
setfile << min << endl;
//范围最大数
setfile << "maxnum:" << endl;
if (max > MAX || max <= 0) {
max = MAX;
setfile << "false" << endl;
}
else setfile << "true" << endl;
setfile << max << endl;
setfile << "operator_mode:" << endl;
//运算符格式
if (operator_mode < 0 || operator_mode >4) {
operator_mode = OPERATOR_MODE;
setfile << "flase" << endl;
setfile << "+-*" << endl;
}
else {
setfile << "true" << endl;
switch (operator_mode) {
case 0: setfile << "+" << endl;
break;
case 1: setfile << "+-" << endl;
break;
case 2:setfile << "+-*" << endl;
break;
case 3:setfile << "+-*/" << endl;
break;
case 4:setfile << "+-*/^" << endl;
break;
default:
break;
}
}
setfile << operator_mode << endl;
setfile.close();
setting.init(ExpNumber, operator_number, Accuracy, fraction, decimal, min, max, operator_mode);
return true;
}
驾驶员：林静雯 领航员：李鑫
将数字方便的转化成我们想要的样子：
string node::num2str(Setting setting)
{
string upc;
upc = setting.load(up);
if (upc == "wrong") {
down = 0;
return "wrong";
}
if (down == 1) {
return upc;
}
else {
string downc;
downc = setting.load(down);
if (downc == "wrong") {
down = 0;
return "wrong";
}
string express = upc + "//" + downc;
return express;
}
}
string Setting::load(double number)
{
string c;
number *= accuracy;
bool x = !(accuracy == 1);
number = (number - (long long)number > 0.5) ? ceil(number) : floor(number);
number /= accuracy;
c = to_string(number);
int a = (int)log10(accuracy);
if ((long long)number) {
try {
long b = (long)log10((long long)number);
b += 1 + x + a;
c.erase(b, c.size());
}
catch (exception &e) {
return"wrong";
}
return c;
}
else c.erase(1 + x + a, c.size());
return c;
}
驾驶员：李鑫 领航员：林静雯
五、对接部分：
两种对接方式：
第一种是输出文件：
接口就是只有一个设置函数：
extern "C++" _declspec(dllexport) bool set(int ExpNumber, int operator_number, int Accuracy, bool fraction, bool decimal, int min, int max, int operator_mode);
第二种是输出内存：
需要结构体和一个函数：
struct Answer {
string* consequnce;
string* express;
};
extern "C++" _declspec(dllexport) Answer set(int ExpNumber, int operator_number, int Accuracy, bool fraction, bool decimal, int min, int max, int operator_mode);
两种方法均测试成功
五、学习与进步
某林：
emmmm终于结束了。不过收获还是超级大。
第一是第一次写C++/真正意义上的那种，虽然没有用到继承/重载/泛型等比较复杂的技巧，但终于是有点理解对象的设定和相关信息的封装，比如说，要怎么才能让generate不必知道node里到底发生了什么，也就是所谓的避免类与类之间的语义耦合把，虽然还是不能做到完完全全的避免。但我们至少做到了类之间的调用关系相对简单这个点。不足的是我觉得类的划分还可以再细一点，因为有的类的方法太多了。
第二是如何比较快速的Debug，这也是这次的收获，而且这要归功于我的队友李鑫2333之前虽然也知道条件断点之类的，但都没有实际用过，出了问题也不知道如何迅速排查，没有跟进程序的思维和思路，一遇到程序终止就手足无措，之前的Debug虽然自己也用，但没有实际效率。看了队友的调试过程经过了一周的学习，终于也能比较快地发现了程序的错误。
第三是更好理解了封装和对接的含义。
封装有利于修改程序，有利于代码维护、有利于鼓起勇气面对比较长的代码，而API是合作的关键，是子系统与子系统之间对接的关键。如何不把自己的数据结构暴露给UI是我们需要思考的问题。
总之是很爆炸的一周也是收获很多的一周，感谢队友!!!!!!
李鑫：我在大佬的一次次监督和嫌弃下渐渐领悟到了封装的感觉和封装的意义
学到了名称空间，虽然代价是几乎白费了一个小时，问大佬只需要2分钟，但还是很开心的（呵呵呵，呵呵呵）
最后对接的时候，大家都在互相的磨合接口，这个问题就在很早我就在群里问过，由于并不知道老师是否会有自己的安排，所以不好意思自己来规定接口，而且自己私下找人规定了接口感觉瞬间二人作业就变成了四人作业，有点违背分组的意思，所以就放弃了。然而，事情并没有我想象的那样简单。老师就是想要我们自己规定接口，自己写的东西找人对接当然是自己规定接口才好呀，不同人擅长的思维啥啥啥的都不一样，所以，在写程序的时候，刚开始还以为直接传出去两个数组指针，UI直接调用查看内存这多直接方便呀，然后发现很多UI组写的是文件的读写，但只是我们并没有慌着该接口，而是想着这个本身很简单，随时都可以该。为了方便UI组的对接工作，我们还是下了点点功夫思考UI组要干什么，怎么用我们的接口来做事情，怎么才能方便他们做事情，所以将接口强行封装成一个返回结构体的函数，对就只有一个函数，别接口的啥都没有，根本不需要思考怎么用选什么用，只有一个只有用它UI组别无选择。这个函数就及支持了文件读取那种方式的UI组，也适用于内存读取式的UI组。正是因为有了这样的思考，才在最后一天对接的时候很快就完成的对接的任务
技术上的一个进步就是：利用百度，学习新东西，看了几遍，问了大佬的解释之后终于知道什么是dll，为什么要有dll，怎么建立dll，怎么链接dll。在ddl的紧逼下学习dll真爽
还有就是对队友的绝对信任，以及two heads are真的真的better than one!