四则运算生成程序-结对项目
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了四则运算生成程序-结对项目相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、github项目地址：https://github.com/wc-TST-2020/Myapp
项目参与者：李东阳 （3118005055） 李泽辉（3118005058）
二、PSP2.1表格
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PSP2.1 |
Personal Software Process Stages |
预估耗时（分钟） |
实际耗时（分钟） |
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Planning |
计划 |
80 |
60 |
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· Estimate |
· 估计这个任务需要多少时间 |
80 |
60 |
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Development |
开发 |
1510 |
1755 |
|
· Analysis |
· 需求分析 (包括学习新技术) |
100 |
105 |
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· Design Spec |
· 生成设计文档 |
30 |
25 |
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· Design Review |
· 设计复审 (和同事审核设计文档) |
40 |
50 |
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· Coding Standard |
· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范) |
40 |
50 |
|
· Design |
· 具体设计 |
50 |
45 |
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· Coding |
· 具体编码 |
1000 |
1200 |
|
· Code Review |
· 代码复审 |
50 |
60 |
|
· Test |
· 测试（自我测试，修改代码，提交修改） |
200 |
220 |
|
Reporting |
报告 |
240 |
200 |
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· Test Report |
· 测试报告 |
150 |
120 |
|
· Size Measurement |
· 计算工作量 |
30 |
40 |
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· Postmortem & Process Improvement Plan |
· 事后总结, 并提出过程改进计划 |
60 |
40 |
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合计 |
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1830 |
2015 |
三、效能分析
改进程序性能花费了两三天的时间，主要集中在对答案生成模块进行优化上，程序中消耗最大的函数也为答案生成函数。
由于采用了时间函数，导致生成运算式的速度最快为一秒一条，加上答案生成模块运用了链表数据结构，故内存的分配等又造成了一定的时间花销，总体
上运算式和答案的生成速度还比较慢。
四、设计实现过程
1.运算式生成模块利用随机数生成函数随机生成数字，然后随机生成加减乘除符号和自然数、真分数、带分数等运算数，最后把各项拼接成一条运算式
2.答案生成模块利用链表，对运算式中的各部分进行拆分和连接等操作，分步运算，设计过程如下图：
五、代码说明
1.生成运算式模块
char *creat_term(int max_num,int term_length){/* 生成项的函数 */ int i, j, type, num1, num2;//num1、num2是随机生成的整数，type用来指明参与运算的数的类型 char *term;//term用来存放最终拼接成的项 char num_term[20];//num_term用来存放整数转换成的字符串 char part[5][20]; //二维数组part用来存放这次生成的项的各个组成部分 //0、2、4列存放项，1、3列存放运算符 term = (char *)malloc(20 * sizeof(char));//为term申请空间 memset(term, 0x00, sizeof (char) * 20);//初始化term if (term_length) strcpy(term,"(");//如果这个项被分配有运算符则在项的开头加上‘(‘ srand((unsigned)time(NULL));//生成随机数的种子 for(i = 0;i < term_length; i++){/* 生成项的运算符 */ j = rand() % 4; //生成并项的运算符 switch(j){ case 0: strcpy(part[2 * i + 1],"+"); break; case 1: strcpy(part[2 * i + 1],"-"); break; case 2: strcpy(part[2 * i + 1],"x"); break; case 3: strcpy(part[2 * i + 1],"/"); break; } } for(i = 0;i < term_length + 1; i++){/* 生成参与运算的数 */ //Sleep(1000); //srand((unsigned)time(NULL)); type = rand() % 10;//用随机来判定生成参与运算的数的类型 switch(type){ case 8://生成小于一的分数 do{ strcpy(part[2 * i],"(");//在分数前加上‘(‘来区分分数和除运算 //srand((unsigned)time(NULL)); do{ num1 = rand() % max_num + 1;//生成分母 num2 = rand() % num1 + 1;//生成分子 num1 = num1 / common_divisor(num1,num2);//化简 num2 = num2 / common_divisor(num1,num2); }while(num1 <= num2);/*避免生成非真分数*/ itoa(num2,num_term,10);//将分子转换成字符串 strcat(part[2 * i],num_term);//将二维数组的相应列与生成的字符串拼接起来 strcat(part[2 * i],"/");//将二维数组的相应列与‘/‘拼接起来 itoa(num1,num_term,10);//将分母转换成字符串 strcat(part[2 * i],num_term);//将二维数组的相应列与生成的字符串拼接起来 strcat(part[2 * i],")");//在分数前加上‘)‘来区分分数和除运算 }while(num1 == num2);/*避免生成 m/m 类型的分数*/ break; case 9://生成大于一的分数 do{ strcpy(part[2 * i],"(");//在分数前加上‘(‘来区分分数和除运算 //srand((unsigned)time(NULL)); do{ num1 = rand() % max_num + 1;//随机生成分数的小数部分 }while(num1 >= max_num);/*保证生成的分数在指定范围内*/ itoa(num1,num_term,10);//将生成的整数转换成字符串 strcat(part[2 * i],num_term);//将二维数组的相应列与生成的字符串拼接起来 strcat(part[2 * i],"‘");//将二维数组的相应列与‘‘‘拼接起来 //srand((unsigned)time(NULL));/*以下与生成小于一的分数类似*/ do{ num1 = rand() % max_num + 1; num2 = rand() % num1 + 1; num1 = num1 / common_divisor(num1,num2);//化简 num2 = num2 / common_divisor(num1,num2); }while(num1 <= num2);/*避免生成非真分数*/ itoa(num2,num_term,10); strcat(part[2 * i],num_term); strcat(part[2 * i],"/"); itoa(num1,num_term,10); strcat(part[2 * i],num_term); strcat(part[2 * i],")");//在分数前加上‘)‘来区分分数和除运算 }while(num1 == num2);/*避免生成 m/m 类型的分数*/ break; default://随机数为0~7则生成整数 //srand((unsigned)time(NULL)); num1 = rand() % max_num + 1;//随机生成指定范围内的整数 itoa(num1,part[2 * i],10);//将生成的整数转换成字符串并将其存放在二维数组part的相应位置上 break; } } for(i = 0; i < 2 * term_length + 1; i++){/* 将二维数组中的各列拼接成项 */ if(i) strcat(term," ");//在运算符前面加一个空格 strcat(term,part[i]); } if (term_length) strcat(term,")"); return term; } //我将不是项里面的运算符成为主干运算符 char *creat_operation(int max_num){//系统会把空格读成第一个元素//int argc,char *argv[] int formula_length, i, j;//formula_length指的是生成的运算式的长度，即运算的运算符数目 int term_length[5]; //term指的是运算式各部分被分配的运算符数目， //term_length[0]是运算式主干被分配的运算符数目， //term_length[1~4]是运算式第1到第4项被分配的运算符数目 char *term;//term用来存放最终生成的运算式 char part[7][100]; //二维数组part用来存放生成的运算式的各个部分， //0、2、4、6列存放项，1、3、5列存放运算符 term = (char *)malloc(100 * sizeof(char));//为term申请空间 memset(term, 0x00, sizeof (char) * 100);//初始化term //库函数memset(<字符指针>,<命令(0x00是将字符数组置空)>,<长度>)是用来初始化字符数组的 strcpy(term," ");//本来是用来初始化 srand((unsigned)time(NULL));//生成随机数的种子 formula_length = rand() % 3 + 1; for(i = 0; i < 7; i++){//初始二维数组part strcpy(part[i]," ");//起初写这个语句是因为输出的字符串出现了乱码 } //不过后来才清楚出现乱码是因为term没有初始化 for(i = 0; i < 5; i++){//初始term_length，这一步是必要的 term_length[i] = 0; } ++term_length[0];//主干运算符必须要有一个 //srand((unsigned)time(NULL)); for(i = formula_length - 1; i ; i--){//随机分配运算符 j = rand() % 5; ++term_length[j]; } //srand((unsigned)time(NULL)); for(i = 0;i < term_length[0]; i++){ /* 为运算式生成运算符(主干运算符) */ j = rand() % 4; switch(j){ case 0: strcpy(part[2 * i + 1],"+"); break; case 1: strcpy(part[2 * i + 1],"-"); break; case 2: strcpy(part[2 * i + 1],"x"); break; case 3: strcpy(part[2 * i + 1],"/"); break; } } for(i = 0; i < term_length[0] + 1; i++){ /* 生成项 */ Sleep(1000);//延迟一秒，不然输出的项是相同的 strcpy(part[2 * i],creat_term(max_num,term_length[i + 1])); } for(i = 0; i < 2 * term_length[0] + 1; i++){ /* 拼接成运算式 */ if(i) strcat(term," ");//运算符前后加上空格 strcat(term,part[i]); } strcat(term," = ");//在运算式的最后加上‘=‘ return term;
2.答案生成模块
float fraction(float num1,float num2,float num3){//计算非真分数的函数 num2 = num2 / num3; return num1 + num2; } float creat_part_answer(LinkedList &List){//关键函数，已经验证过，可以使用。但是没有释放掉无用的动态空间，有可能会发生内存泄漏，未来需要改进这一点 LinkedList temp1, temp2, temp3, PartList; creat_LinkedList(PartList); temp1 = List->next;//temp1用来检查节点 temp1 = temp1->next;//初始化指向 while(temp1 != List->next){ if(temp1->sign == 6){//若找到（ temp2 = temp1->next;//temp2寻找相应的temp1指向的（对应的） while(1){ if(temp2->sign == 7 && temp1->tag - temp2->tag == 1) break; insert_LinkedList(PartList,temp2->num,temp2->sign,temp2->tag);//将成对的括号里的内容截取到另一个独立的单循环链表里 temp2 = temp2->next; } temp1->num = creat_part_answer(PartList);//将括号里的计算结果放入（所在的节点 temp1->sign = 0;//将temp1转化成存放数字的节点 temp1->tag = 0;// if(List == temp2) List = temp1;//如果参与运算的内容有运算式末端的数字或运算符，则将List指向存放运算结果的节点 temp1->next = temp2->next;//删除已经参与运算的内容 } temp1 = temp1->next; } temp1 = List->next; temp2 = temp1; temp1 = temp1->next; while(temp1 != List->next){//寻找非真分数的标志‘ if(temp1->sign == 5){//以2‘3/4为例，temp1指向的是’，temp2指向的是2 temp1 = temp1->next;//将temp1的指向改为3 temp3 = temp1->next->next;//temp3指向4 temp2->num = fraction(temp2->num,temp1->num,temp3->num);//将运算结果存放在temp2指向的节点 if(temp3 == List) List = temp2; temp2->next = temp3->next;//去除运算式中已经参与运算的部分 temp1 = temp2->next;//调整temp1,为下一次循环做准备 continue; } temp2 = temp1; temp1 = temp1->next; } temp1 = List->next; temp2 = temp1; temp1 = temp1->next; while(temp1 != List->next){ if(temp1->sign == 3 || temp1->sign == 4){//检测到有运算符乘或除，temp1指向运算符，temp2指向被乘数或被除数 temp3 = temp1->next;//temp3指向乘数或除数 temp2->num = calculate(temp2->num,temp3->num,temp1->sign);//将运算结果存放在temp2指向的节点 if(List == temp3) List = temp2; temp2->next = temp3->next;//去除运算式中已经参与运算的部分 temp1 = temp2->next;//调整temp1,为下一次循环做准备 continue; } temp2 = temp1; temp1 = temp1->next; } temp1 = List->next; temp2 = temp1; temp1 = temp1->next; while(temp1 != List->next){ if(temp1->sign == 1 || temp1->sign == 2){//检测到有运算符加或减，temp1指向运算符，temp2指向被加数或被减数 temp3 = temp1->next;//temp3指向加数或减数 temp2->num = calculate(temp2->num,temp3->num,temp1->sign); if(List == temp3) List = temp2; temp2->next = temp3->next;//去除运算式中已经参与运算的部分 temp1 = temp2->next;//调整temp1,为下一次循环做准备 continue; } temp2 = temp1; temp1 = temp1->next; } return List->num; } float create_answer(char *operation){ LinkedList List;//存放运算式的链表 char *TempOperation;//存放运算式的字符串 char TempPart[20];//存放被截取的一部分的运算式的字符串 int flag;//控制是否将数字字符串转换成整型的开关 int sign;//运算符的抽象代表 int tag = 1;//括号的编号 int IntNum;//转换成整型的字符串 float FloatNum;//转换成浮点型的字符串 int i, j;//你懂的 TempOperation = (char *)malloc(100 * sizeof(char)); memset(TempOperation, 0x00, sizeof (char) * 100);//初始化 creat_LinkedList(List);//初始化链表 strcpy(TempOperation,operation);//如果输入的字符串就是运算式 for(i = 0; i < 20; i++){TempPart[i] = ‘ ‘;} i = 0; j = 0; flag = 0; while(TempOperation[i] != ‘ ‘){//将运算式拆散并装入链表 if(TempOperation[i] >= ‘0‘ &&TempOperation[i] <= ‘9‘){//获取数字字符 TempPart[j] = TempOperation[i]; j++; } if(j > 0 && (TempOperation[i + 1] < ‘0‘ || TempOperation[i + 1] > ‘9‘)) {//获取字符完毕，将其转换换成字符串 TempPart[j] = ‘ ‘; flag = 1; } if(flag == 1){//将获取的数字字符串转换成整型，进而转换成浮点型 IntNum = atoi(TempPart); FloatNum = (float) IntNum; insert_LinkedList(List,FloatNum,0,0); //sign是运算符（0是数字，1是加，2是减，3是乘，4是除，5是‘，6是（，7是）） //tag是括号的编号 flag = 0; j = 0; } //将运算符装入单循环链表 if(TempOperation[i] == ‘+‘ || TempOperation[i] == ‘-‘ || TempOperation[i] == ‘x‘ || TempOperation[i] == ‘/‘ || TempOperation[i] == 39 || TempOperation[i] == ‘(‘ || TempOperation[i] == ‘)‘){ switch (TempOperation[i]) { case ‘+‘: sign = 1; insert_LinkedList(List,0.0,sign,0);//装入加号 break; case ‘-‘: sign = 2; insert_LinkedList(List,0.0,sign,0);//装入减号 break; case ‘x‘: sign = 3; insert_LinkedList(List,0.0,sign,0);//装入乘号 break; case ‘/‘: sign = 4; insert_LinkedList(List,0.0,sign,0);//装入除号 break; case 39: sign = 5; insert_LinkedList(List,0.0,sign,0);//装入字符 ‘ break; case ‘(‘: sign = 6; tag++;//设置括号编号 insert_LinkedList(List,0.0,sign,tag);//装入括号（，和对应编号 break; case ‘)‘: sign = 7; tag--;//设置括号编号 insert_LinkedList(List,0.0,sign,tag);//装入括号），和对应编号 break; } } i++; } return creat_part_answer(List); } //将计算结果从小数（浮点型）转化成分数（字符串） char* creat_char_answer(float answer, int max_num){//answer是输入的小数答案，max_num本来是控制参与运算的数的范围，如今用来控制分数精度 char *char_answer;//存放最终结果的字符串 char part_num[20]; int IntAnswer; int num1, num2, i, j; float FloatAnswer; IntAnswer = (int) answer;//截取整数部分 FloatAnswer = answer - (float)IntAnswer;//截取小数部分（有误差） char_answer = (char *)malloc(20 * sizeof(char)); memset(char_answer, 0x00, sizeof (char) * 20); for(i = 0; i < 20; i++){//初始化存放一部分整数的字符数组 part_num[i] = ‘ ‘; } if(FloatAnswer == 0.0 || (FloatAnswer == 0.0 && IntAnswer == 0)){//如果答案为零就输出0 itoa(IntAnswer,char_answer,10); return char_answer; } if(IntAnswer == 0){//如果答案为小于一的小数 for(i = 1; i <= max_num; i++){ num2 = i; for(j = 1; j <= max_num; j++){ num1 = j; if(answer == (float)num1 / (float)num2){//重新计算，挑选出结算结果和答案一致的两个整数 break; } } if(answer == (float)num1 / (float)num2){ break; } } itoa(num1,char_answer,10); itoa(num2,part_num,10); strcat(char_answer,"/"); strcat(char_answer,part_num); } if(IntAnswer != 0 && FloatAnswer != 0.0){//如果答案为大于一的小数 itoa(IntAnswer,char_answer,10); strcat(char_answer,"‘"); for(i = 1; i <= max_num; i++){ num2 = i; for(j = i; j <= max_num; j++){ num1 = j; if(answer == (float)num1 / (float)num2){//重新计算，挑选出结算结果和答案一致的两个整数 break; } } if(answer == (float)num1 / (float)num2){ break; } } /*num1 = num1 / common_divisor(num1,num2);//化简 num2 = num2 / common_divisor(num1,num2);*/ if(answer == (float)num1 / (float)num2){ num1 = num1 - num2 * IntAnswer; } itoa(num1,part_num,10); strcat(char_answer,part_num); strcat(char_answer,"/"); itoa(num2,part_num,10); strcat(char_answer,part_num); } if(num1 == num2){//如果转换失败则返回ERROR字符串 strcpy(char_answer,"ERROR"); return char_answer; } return char_answer; }
3.求最大公因数函数
int common_divisor(int n,int m){//求最大公因数 int temp,r;//把大的数放在n里面 if(n<m){ temp=n; n=m; m=temp; } while(m!=0){ r=n%m; n=m; m=r; } return n;//返回最大公因数 }
4.头文件和结构体等
# include <stdio.h> # include <stdlib.h> # include <string.h> # include <windows.h> # include <ctime> typedef struct LinNode{//结构体，包含有参与运算的数字、运算符的代号、括号的编号 float num; int sign; int tag; struct LinNode *next; }LinNode, *LinkedList; int creat_LinkedList(LinkedList &List){//创建一个空的单循环链表 List = (LinkedList)malloc(sizeof(LinNode)); if(List == NULL) return -1; List->next = List; return 1; } int insert_LinkedList(LinkedList &List,float num,int sign,int tag){//向单循环链表里插入节点 LinkedList temp; temp = (LinkedList)malloc(sizeof(LinNode)); if(temp == NULL) return -1; temp->num = num; temp->sign = sign; temp->tag = tag; temp->next = List->next; List->next = temp; List = temp; return 1; }
5.主函数
int main(int argc,char *argv[]){//主函数 int i, number = 10000;//number用来控制生成题目的数量，默认是10000 int Max = 0; //Max用来控制生成参与运算的数字的最大值 int flag = 0;//flag用来检测是否有输入参与运算的数的最大值 char *term;//term用来存放完成初次处理的字符串 char times[100];//times用来存放完成最终处理的字符串 for(i = 0; i < argc; i++){//检测输入的指令 if(strcmp(argv[i],"-n") == 0){//检测到有输入指令 -n number = atoi(argv[++i]);//将生成题目的数量改成输入的数 } if(strcmp(argv[i],"-r") == 0){//检测到有输入指令 -r Max = atoi(argv[++i]);//将Max设置为输入的数 flag = 1;//设置已经输入Max的标志 } } if(flag == 0){//如果没有输入Max的指令 printf("input the max number ");//提示 return -1;//结束运行 } FILE *fpWrite1 = fopen("Exercises.txt","w");//创建存放运算式的文件 FILE *fpWrite2 = fopen("Answers.txt","w");//创建存放计算结果的文件 if(fpWrite1 == NULL || fpWrite1 == NULL){//创建失败，则提示异常并结束程序的运行 printf("fail to open file "); return -1; } for(i = 0; i < 100; i++){//初始化存放最终结果的字符数组 times[i] = ‘ ‘; } term = (char *)malloc(100 * sizeof(char));//申请动态空间 memset(term, 0x00, sizeof (char) * 100);//初始化存放完成初步处理的字符串的字符指针 for(i = 0; i < number; i++){//开始生成运算式 do{ strcpy(term,creat_operation(Max));//将生成的运算式复制到term }while(create_answer(term) < 0 || strcmp(creat_char_answer(create_answer(term),1000),"ERROR") == 0);//如果生成的运算式不符合要求则重新生成 itoa(i+1,times,10);//将运算式序号转化成字符串 strcat(times," :"); strcat(times,term);//将序号和运算式连接起来 strcat(times," "); puts(times);//输出运算式 fputs(times, fpWrite1);//将完成最终处理的运算式存入指定文件中 itoa(i+1,times,10);//将答案序号转化成字符串 strcat(times," :"); strcat(times,creat_char_answer(create_answer(term),1000));//将序号和答案连接起来 strcat(times," "); puts(times);//输出答案 fputs(times, fpWrite2);//将完成最终处理的答案存入指定文件中 } fclose(fpWrite1);//关闭存放运算式的文件 fclose(fpWrite2);//关闭存放答案的文件 return 0; }
六、测试运行
1.测试用例1：在命令行下切换到存放Myapp.exe文件的目录，这里是e盘
输入Myapp.exe，出现输入最大值的提醒，重新输入命令行
Myapp.exe -r 10 -n 20,表示生成20条最大值为10的运算式
生成的运算式存放在同目录的Exercises.txt文件中
生成的答案存放在同目录的Answers.txt文件中
2.测试用例2：（具体操作同上）
3.测试用例3：输入myapp.exe -r 50
表示生成最大值为50的运算式，因为没有指定数量，所以默认生成一万条，
但是生成的速度有点慢，所以没有完全生成，故不能生成两个.txt文件
4.测试用例4：生成10条最大值为500的式子
5.测试用例5：成功生成5条最大值为1000的式子，
证明该程序可以生成较大的数
6.测试用例6：结果无误
7.测试用例7：结果无误
8.测试用例8：结果无误
七、PSP实际用时：见上表。
八、项目小结
1.结对项目考验两个人的协作能力，时间分配能力，对初次体验这种项目的我们来说都是不小的挑战，好在程序最终得以出炉，
2.由于时间关系和能力限制，我们这次作业的需求没有完全实现，比如改卷模块没有实现，这是一个不小的遗憾。
3.结对编程使得代码在编写后能立即得到别人的建议和批评，对代码的开发效率有很大的提升。
以上是关于四则运算生成程序-结对项目的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章