第一次个人编程作业

个人信息

姓名	学号
王文俊	3121004966

（因为周围找不到用C++的同学，所以就一个人做了

作业概述

这个作业属于哪个课程	软件工程
这个作业要求在哪里	结对项目
这个作业的目标	实现生成四则运算题目及答案的命令行程序

一、GitHub链接

https://github.com/Paradox-17/3121004966

二、PSP

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	10	10
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	10	10
Development	开发	1530	2065
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	120	67
· Design Spec	· 生成设计文档	30	48
· Design Review	· 设计复审	20	13
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	10	7
· Design	· 具体设计	30	75
· Coding	· 具体编码	1200	1750
· Code Review	· 代码复审	20	16
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	120	89
Reporting	报告	60	51
· Test Report	· 测试报告	30	39
· Size Measurement	· 计算工作量	10	5
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	20	7
	· 合计	1600	2126

三、需求分析

作业题目

实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序

具体要求

使用 -n 参数控制生成题目的个数
使用 -r 参数控制题目中数值（自然数、真分数和真分数分母）的范围，该参数必须给定，否则程序报错并给出帮助信息
生成的题目中计算过程不能产生负数，也就是说算术表达式中如果存在形如e1− e2的子表达式，那么e1≥ e2
生成的题目中如果存在形如e1÷ e2的子表达式，那么其结果应是真分数
每道题目中出现的运算符个数不超过3个
程序一次运行生成的题目不能重复，即任何两道题目不能通过有限次交换+和×左右的算术表达式变换为同一道题目，生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件
在生成题目的同时，计算出所有题目的答案，并存入执行程序的当前目录下的Answers.txt文件
程序应能支持一万道题目的生成
程序支持对给定的题目文件和答案文件，判定答案中的对错并进行数量统计，统计结果输出到文件Grade.txt

四、具体实现

模块设计

SqStack：顺序栈相关操作
Check：进行检验与判断
Basic_Arithmetic_Operation：基本算数操作
Generator：用于生成算式及答案，并写入文件

数据结构设计

函数列表

主要函数调用关系

核心代码

生成单个算式

char* Generate_Equation() // 生成单个算式
{
srand((unsigned)time(NULL) + rand());

int parenthesis = 0; // parenthesis用于标志算式是否存在未配对的左括号，1表示存在
int quantity_operand = rand() % 3 + 2; // 操作数个数，取值范围2、3、4
char string[MAXSIZE] = {}; // 用于存放算式

// 算式超过两个操作数，算式最前方有几率出现括号
if (quantity_operand > 2)
	if (rand() % 2 == 1) // 生成概率为1/2
	{
		strcat(string, "(");
		parenthesis = 1;
	}

// 依次生成数字、算符、数字
strcat(string, Generate_Operand());
strcat(string, Generate_Operator());
strcat(string, Generate_Operand());

if (quantity_operand == 2) return string; // 若此次生成的算式仅有两个操作数，则生成完毕

// 此次生成的算式操作数个数大于2，继续生成
else
{
	if (parenthesis == 1) // 若存在未配对的左括号
		if (rand() % 2 == 1) // 1/2的概率生成对应右括号
		{
			strcat(string, ")");
			parenthesis = 0;
		}

	// 生成一个算符
	strcat(string, Generate_Operator());

	// 若此次生成的为4个操作数的算式，且此时算式中无未配对的左括号，则仍可以插入左括号，概率为1/2
	if (quantity_operand == 4 && parenthesis == 0)
		if (rand() % 2 == 1)
		{
			strcat(string, "(");
			parenthesis = 1;
		}

	// 生成一个数字
	strcat(string, Generate_Operand());

	// 若此次生成的为3个操作数的算式，检查是否存在未配对左括号，并结束此次生成
	if (quantity_operand == 3)
	{
		if (parenthesis == 1)
		{
			strcat(string, ")");
			parenthesis = 0;
		}
		return string;
	}

	// 若此次生成的为4个操作数的算式，生成最后的算符与数字，随后检查是否存在未配对左括号，并结束此次生成
	if (quantity_operand == 4)
	{
		strcat(string, Generate_Operator());
		strcat(string, Generate_Operand());

		if (parenthesis == 1)
		{
			strcat(string, ")");
			parenthesis = 0;
		}
		return string;
	}
}

}

生成答案

Status Generate_Answer(char result[], int y) // 计算答案并写入文件
{
extern int count; // 用于记录算式个数

SqStack_Operand S_operand; // 运算数栈 
SqStack_Operator S_operator; // 运算符栈 
Linklist_Operand operand_x1, operand_x2; // 操作数
Node_Operand outcome; // 存放结果或中间结果
int i = 0, j = 0;
int Operator;
char answer[20] = {}; // 用于存放答案 
FILE* fp;

InitStack_Sq_Operand(S_operand);
InitStack_Sq_Operator(S_operator);
fp = fopen("Answer.txt", "a");

while (result[i] != '\0' || StackEmpty_Sq(S_operator) != OK) // 按字符依次读取
{
	if (result[i] >= '0' && result[i] <= '9') // 若读取到数字
	{
		j = j * 10 + (result[i] - '0'); // 还原数字
		i++;
		if (result[i] > '9' || result[i] < '0') // 若下一个字符为算符，则将读取到的数字压入操作数栈
		{
			Push_SqStack_Operand(S_operand, j, 1);
			j = 0;
		}
	}
	else // 若读取到运算符
	{
		if (result[i] == ')' && Get_Top(S_operator) == '(') // 若出现一个操作数前后均有括号的情况，则去除冗余的括号
		{
			Pop_SqStack_Operator(S_operator); // 移除左括号
			i++;
			continue;
		}
		if (Rear_First_Check(result[i], S_operator) == OK) // 满足能够让后方的式子先进行运算的条件
		{
			Push_SqStack_Operator(S_operator, result[i]); // 运算符入栈 
			i++;
			continue;
		}
		if (Front_First_Check(result[i], S_operator) == OK) // 之前已读入的算式能够先进行计算
		{
			operand_x1 = Pop_SqStack_Operand(S_operand);
			operand_x2 = Pop_SqStack_Operand(S_operand);
			Operator = Pop_SqStack_Operator(S_operator)->data;
			outcome = Calculator(*operand_x1, *operand_x2, Operator); // 计算中间值

			// 若除法运算中结果出现假分数，或减法运算中出现负数，则向上层函数报错
			if (Division_Compliance_Check(outcome, Operator) == ERROR || Subtraction_Compliance_Check(outcome, Operator) == ERROR)
			{
				fclose(fp);
				return ERROR;
			}

			Push_SqStack_Operand(S_operand, outcome.numerator, outcome.denominator); // 算式符合规范，中间结果入栈 
			continue;
		}
	}
}
if (outcome.numerator < 0) // 结果出现负数，返回-1
{
	fclose(fp);
	return ERROR;
}
Simplify(outcome.numerator, outcome.denominator, answer); // 分式化简，并将结果传入答案字符串 
count++;
fprintf(fp, "%d.  %s\n", y, answer); // 将答案写入文件
fclose(fp);
return OK;

}