github地址：https://github.com/nilonger/arithmetic

结对伙伴：杨锐龙+黄海钊

一、项目要求

1.1 题目：实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序（也可以用图像界面，具有相似功能）。

1.2 说明：

  • 真分数：1/2, 1/3, 2/3, 1/4, 1’1/2, …。

  • 自然数：0, 1, 2, …。

  • 运算符：+, −, ×, ÷。

  • 括号：(, )。

  • 等号：=。

  • 分隔符：空格（用于四则运算符和等号前后）。

  • 算术表达式：

　　　　e = n | e1 + e2 | e1 − e2 | e1 × e2 | e1 ÷ e2 | (e),

　　　　其中e, e1和e2为表达式，n为自然数或真分数。

  • 四则运算题目：e = ，其中e为算术表达式。

1.3 项目要求

  • (完成) 使用 -n 参数控制生成题目的个数，例如 Myapp.exe -n 10 将生成10个题目。

  • (完成) 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，例如 Myapp.exe -r 10 将生成10以内（不包括10）的四则运算题目。该参数可以设置为1或其他自然数。该参数必须给定，否则程序报错并给出帮助信息。

  • (完成) 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。

  • (完成) 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。

  • (完成) 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。例如，23 + 45 = 和45 + 23 = 是重复的题目，6 × 8 = 和8 × 6 = 也是重复的题目。3+(2+1)和1+2+3这两个题目是重复的，由于+是左结合的，1+2+3等价于(1+2)+3，也就是3+(1+2)，也就是3+(2+1)。但是1+2+3和3+2+1是不重复的两道题，因为1+2+3等价于(1+2)+3，而3+2+1等价于(3+2)+1，它们之间不能通过有限次交换变成同一个题目。

  • 生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件，格式如下：

  1. 四则运算题目1

  2. 四则运算题目2

　　　……

　其中真分数在输入输出时采用如下格式，真分数五分之三表示为3/5，真分数二又八分之三表示为2’3/8。

  • 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，格式如下：

　　　答案1

　　　 答案2

  • 真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

  • 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，输入参数如下：

　　Myapp.exe -e .txt -a .txt 统计结果输出到文件Grade.txt，格式如下：

　　　　Correct: 5 (1, 3, 5, 7, 9)

　　　　Wrong: 5 (2, 4, 6, 8, 10)

　　其中“:”后面的数字5表示对/错的题目的数量，括号内的是对/错题目的编号。为简单起见，假设输入的题目都是按照顺序编号的符合规范的题目。

二、PSP表

PSP2.1

Personal Software Process Stages

预估耗时（分钟）

实际耗时（分钟）

Planning

计划

100

200

· Estimate

· 估计这个任务需要多少时间

60

70

Development

开发

6*24*60

5*24*60

· Analysis

· 需求分析 (包括学习新技术)

60

50

· Design Spec

· 生成设计文档

20

20

· Design Review

· 设计复审 (和同事审核设计文档)

30

30

· Coding Standard

· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)

20

20

· Design

· 具体设计

100

150

· Coding

· 具体编码

4*24*60

4*24*60

· Code Review

· 代码复审

100

150

· Test

· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）

40

60

Reporting

报告

20

20

· Test Report

· 测试报告

10

30

· Size Measurement

· 计算工作量

10

30

· Postmortem & Process Improvement Plan

· 事后总结, 并提出过程改进计划

30

30

合计

6*24*60

 5*24*60

三、解题思路

1、先实现生成式子的功能。

（1）先写好生成操作数和包含1~3个操作符的式子的四个函数，再通过一个函数一起调用，随机生成带括号的式子

（2）除号和乘号÷、×先用*、#代替

（3）C语言里面的除号和乘号÷、×不能直接从文件读出来，所以就放弃了从文件里读出来计算的想法，改为生成的时候，把式子放进数组再来计算，计算不小于0，才把数组存进文件，存进文件的时候把*、#这两个符号替换成÷、×

2、计算功能。

（1）只定义了一个分数结构体，因为想到计算的时候 整数也可以转化为分数，如2可以化为2/1

（2）定义两个栈，手撸栈的各个操作（C语言没办法），一个栈用来压入分数，一个用来压入操作符

3、比较题目文件，判断答案文件中的对错。

（1）这个可以说是取巧了一下，因为文件的生成，帮随着答案的生成，所以比较的是 标准答案文件 和 新答案文件

（2）原本是想从文件里面再读出式子拿来计算，但是写进文件后有了符号÷、×，但是那两个符号÷、×读出来会出错，因为他们不是普通字符型数据的长度。

4、主函数。

用输入参数的方式在cmd运行，很好的分开了生成式子（同时生成答案）和比较答案这两个步骤

四、设计实现过程

五、代码说明

头文件和相关结构体和栈的定义：

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include <time.h>

#include<string.h>

#include<io.h>

#include<math.h>

#define MINSIZE 256

#define MAXSIZE 1024

#define OK 1

#define ERROR 0

int r,n;   //生成数的最大值 和 式子数量

typedef int Status;

char* oneOperator();

char* creatOperator();

char* threeOperator();

char* twoOperator();

char *creatFormula(int y);

char* creatSnum();

Status Answer_Sq(char formula[],int y);

typedef struct StackNode{    //分数 栈结点

    int fm;    //分母

    int fz;    //分子

    struct StackNode *next;

}node1;

typedef struct Stackop {  //运算符 栈结点

    int data;

    struct Stackop *next;

}node2;

typedef struct stack1  { //分数栈

    node1 *top;

    int length;

}StackSq1;

typedef struct stack2  {  //运算符栈

    node2 *top;

    int length;

}StackSq2;

栈的相关操作：

Status InitStack_Sq1(StackSq1 &S){   //初始化 运算数 的栈 

    S.top=NULL;

    S.length=;

    return OK;

}

Status InitStack_Sq2(StackSq2 &S){    //初始化 运算符 的栈 

    S.top=NULL;

    S.length=;

    return OK;

}

Status StackEmpty_Sq(StackSq2 S){  // 对  运算符 判空，若为空则返回TURE，否则返回FALSE

    if(S.length==) return OK;

    else return ERROR;

}

Status Push_Sq1(StackSq1 &S,int fenzi,int fenmu){   //分数 进栈

    node1 *p;

    p=(node1 *)malloc(sizeof (node1));

    p->fm=fenmu;

    p->fz=fenzi;

    p->next=S.top;

    S.top=p;

    S.length++;

    return OK;

} 

Status Push_Sq2(StackSq2 &S,int e){   //运算符 进栈

    node2 *p;

    p=(node2 *)malloc(sizeof (node2));

    p->data=e;

    p->next=S.top;

    S.top=p;

    S.length++;

    return OK;

} 

node1 Pop_Sq1(StackSq1 &S){  //记得类型是 node1

    node1 A;

    node1 *p=S.top;

    A.fm=p->fm;

    A.fz=p->fz;

    S.top=p->next;

    free(p);

    S.length--;

    return A;

} 

Status Pop_Sq2(StackSq2 &S){   //  运算符栈顶  出栈

    int e;

    node2 *p=S.top;

    e=p->data;

    S.top=p->next;

    free(p);

    S.length--;

    return e;

} 

Status Get_Top(StackSq2 S){     //取  运算符 栈顶元素 (不出栈)

    if(S.top==NULL)return ERROR;

    return S.top->data;

}

生成式子的相关函数：

char* creatOperator() //生成运算符

{

    srand((unsigned)time(NULL) + rand());

    char* c = new char[];

    int a = rand() % ;

    //int a = 1;

    switch (a)

    {

    case :  strcpy(c, "+");  break;

    case : strcpy(c, "-"); break;

    case : strcpy(c, "*"); break;

    case :  strcpy(c, "#"); break;

    default:

        break;

    }

    return c;

}

char* creatSnum()  //生成运算数

{

    srand((unsigned)time(NULL) + rand());

    char* string = NULL;

    char string1[MAXSIZE] = {};

    string = string1;

    char c[MAXSIZE] = {};

    int tag = rand() % ;

    int num1=,num2=;

    if (tag == )

    {

        num1 = rand() % (r)+;    //不要（size+1），保证整数不为  0

        sprintf(c, "%d", num1);

        strcat(string1, c);

    }

    else

    {

        num1 = rand() %(r-) ;   //最大为 m-2，方便后面算法 

        if (num1 != )

        {

            sprintf(c, "%d", num1);

            strcat(string1, c);

            strcat(string1, "/");

        }

        while (num2 ==  || num2 <= num1)

           {

              num2 = rand() % r;    //最大为 m-1

           }

        sprintf(c, "%d", num2);

        strcat(string1, c);

    }

    return string;

}

char* oneOperator()  //一个操作符的式子

{

    srand((unsigned)time(NULL) + rand());

    char string[MINSIZE] = {};

    char* posture = string;

    char c[MINSIZE] = {};

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    strcpy(c,creatOperator());

    strcat(string, c);

    //printf("%s\n", string);

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    //printf("%s\n", string);

    return posture;

}

char* twoOperator() //两个操作符得式子

{

    srand((unsigned)time(NULL) + rand());

    int flag = ;

    int tag=;

    char string[] = {};

    char* posture = string;

    char c[MAXSIZE] = {};

    flag = rand() % ;

    if (flag == )

    {

        strcpy(c, "(");

        strcat(string, c);

        tag = ;

    }

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    strcpy(c,creatOperator());

    strcat(string, c);

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    flag = rand() % ;

    if (flag == )

    {

        if (tag == )

        {

            strcpy(c, ")");

            strcat(string, c);

        }

        tag = ;

    }

    strcpy(c,creatOperator());

    strcat(string, c);

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    if (tag == )

    {

        strcpy(c, ")");

        strcat(string, c);

    }

    //printf("%s\n", string);

    return posture;

}

char* threeOperator()  //三个操作符得式子

{

    srand((unsigned)time(NULL) + rand());

    char string[] = {};

    char* posture = string;

    char c[MAXSIZE] = {};

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    strcpy(c,creatOperator());

    strcat(string, c);

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    strcpy(c,creatOperator());

    strcat(string, c);

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    strcpy(c,creatOperator());

    strcat(string, c);

    strcpy(c, creatSnum());

    strcat(string, c);

    return posture;

}

char pan[]={"-1"};

char *mp=pan;

char duan[]={""};

char *np=duan;

char *creatFormula(int y)   //生成式子

{

     srand((unsigned)time(NULL) + rand());

//    char op[3];

    char string[MAXSIZE] = {};

    char* posture = string;

    int a = rand() % ;    //生成的随机数，即运算符个数

    //printf("%d\n", a);

    FILE *fp;

    fp=fopen("test.txt","a");

    int i=;

    char divi[]={"÷"};  //用于后面存进文件

    char mult[]={"×"};

    switch (a)

    {

    case :strcpy(string, oneOperator());

//            printf("%s\n",posture);   //和文件作比较

            break;

    case :strcpy(string, twoOperator());

//            printf("%s\n",posture);

            break;

    case :strcpy(string, threeOperator());

//            printf("%s\n",posture);

            break;

    default:break;

    }

    if(Answer_Sq(posture,y)<)    //计算的时候用  数组 算，打印则要转化一下

    {

        fclose(fp);

        return mp;   // 因为是 char 型函数，不能直接返回-1

    }

    else {

//        fprintf(fp,"%d.%s = \n",y,posture);

        fprintf(fp,"%d.",y);

        while(string[i]!='\0')

            {

                if(string[i]=='#')

                {

                    fprintf(fp,"%s",divi);

                    i++;

                    continue;

                }

                else if(string[i]=='*')

                {

                    fprintf(fp,"%s",mult);

                    i++;

                    continue;

                }

                fprintf(fp,"%c",string[i]);

                i++;

            }

            fprintf(fp,"=%c",'\n');

        fclose(fp);

        return np;

    }

//    fclose(fp);

//    return posture;

}

优先级判断，中间值计算，化简，生成答案文件等函数：

int Priority(char op)    //判断操作符优先级

{

    switch (op)

    {

        case '(':

            return ;

        case '/':

            return ;

        case '*':

        case '#':    //除号

            return ;

        case '+':

        case '-':

            return ;

        default :

            return ;

    }

}

int gcd(int x,int y)//辗转相除法 ,两整数的最大公约数

{

    if(y==) return x;

    return gcd(y,x%y);

} 

node1 CalculatorSq(node1 a,node1 b,int c){  // 两个数的计算 

    node1 d;

    switch(c)

    {

        case'+':

            d.fz=b.fz*a.fm + b.fm*a.fz;

            d.fm=a.fm*b.fm;

            break;

        case'-':

            d.fz=b.fz*a.fm - b.fm*a.fz;

            d.fm=a.fm*b.fm;

            break;

        case'*':

            d.fz=b.fz*a.fz;

            d.fm=a.fm*b.fm;

            break;

        case'#':

        case'/':

             d.fz=b.fz*a.fm;

            d.fm=b.fm*a.fz;

            break;

        default:break;

    }

    return d;

}

void Simpli_Fenshu(int z,int m,char strings[]) {        //分数化简（将原始分数化为  真分数、带分数、整数）

    int a,b,c;

    char h[]={};

    if(z%m==)

    {

        a=z/m;

        itoa(a,strings,);      //把 a转化为字符，存在strings[]中

    // printf("%s\n",strings);   //可以直接在 exe窗口 看答案

    }

    else if(z>m)

    {

        a=z/m;

        b=z-a*m;

        c=gcd(b,m);    //求新的分子分母的  最大公因数

        itoa(a,strings,);

        strcat(strings,"'");

        sprintf(h,"%d",b/c);

        strcat(strings,h);

        strcat(strings,"/");

        sprintf(h,"%d",m/c);

        strcat(strings,h);

    //    printf("%s\n",strings);

    }

    else if(z<m)

    {

        c=gcd(z,m);

        a=z/c;

        b=m/c;

        itoa(a,strings,);

        strcat(strings,"/");

        itoa(b,h,);

        strcat(strings,h);

    //    printf("%s\n",strings);

    }

}

Status Answer_Sq(char formula[],int y){    //计算答案 ,formula[] 为传进来的式子

    StackSq1 S_num;  //分数栈

    StackSq2 S_ope;   //运算符 栈 

    int i=,tmp=;

    node1 A,B,C;   //结点

    int D;        //运算符 

    FILE *fp;

    fp=fopen("answer.txt","a");

    if(InitStack_Sq1(S_num)!=OK || InitStack_Sq2(S_ope)!=OK)

    {

        printf("初始化栈失败");

        exit();

    }

    while(formula[i]!='\0' || StackEmpty_Sq(S_ope)!=OK)

    {

        if(formula[i]>=''&&formula[i]<='')    //判断数字

        {

            tmp=tmp*+formula[i]-'';     //后面还是数字，继续

            i++;

            if(formula[i]>'' || formula[i]<'')                 //判断 后一个 是否 字符

             {

                 Push_Sq1(S_num,tmp,);   //把整数化为 分数 进栈

                tmp=;      //清零，用于记录下一个  数

             }

        } 

        else   //运算符

        {                //等级高的                                       栈顶是左括号',str[i]不是右括号                运算符栈为空

            if((Priority(formula[i]) > Priority(Get_Top(S_ope))) || (Get_Top(S_ope)=='(' && formula[i]!=')') || (StackEmpty_Sq(S_ope)==OK))

            {

                Push_Sq2(S_ope,formula[i]);  //运算符 进栈

                i++;

                continue;

            }

            if(Get_Top(S_ope)=='(' && formula[i]==')')

            {

                Pop_Sq2(S_ope);   //栈顶 括号 出栈，不计算

                i++;

                continue;

            }

//                    新的运算符优先级 比  运算符栈顶的 低                     数字空了，运算符还没空                新的运算符是右括号

            if((Priority(formula[i]) <= Priority(Get_Top(S_ope))) || (formula[i]=='\0'&&StackEmpty_Sq(S_ope)!=OK) || formula[i]==')')

            {

                A=Pop_Sq1(S_num);   //出栈 两个数

                B=Pop_Sq1(S_num);

                D=Pop_Sq2(S_ope);   //出运算符 

//                printf("aaa%d/%d\n",A.fz,A.fm);    //这些注释都是为了在exe窗口显示 计算过程

//                printf("bbb%d/%d\n",B.fz,B.fm);

//                printf("ccc%c\n",D);

                C=CalculatorSq(A,B,D);     //计算中间值 (注意这里！！！)

//                printf("daan%d/%d\n",C.fz,C.fm);

                Push_Sq1(S_num,C.fz,C.fm);   //中间值为正值，入栈

                continue;

            }

        }

    }

    if(C.fz<)

    {

        fclose(fp);

        return -;   //  负数就返回 -1

    }

    char daan[]={};   //用来存答案

    Simpli_Fenshu(C.fz,C.fm,daan);  //返回简化后的答案

    fprintf(fp,"%d.%s\n",y,daan);

    fclose(fp);

    return ;

}

判断答案文件对错函数：

void CheckAnswer(char eflie1[],char afile2[]){

    FILE *p1,*p2,*p3;

    p1=fopen("answer.txt","r");

    p2=fopen(afile2,"r");       //传进来的文件名会变

    p3=fopen("Grade.txt","w");

    char answer1[]={};  //放标准答案的数组

    char answer2[]={};  //放新答案文件 fgets出来的答案

    int y=;       //第一条式子

    int c=,w=;   //用于计算对和错的总题数

    int correct_d[]={};   //用于储存  对的和错的题号

    int wrong_d[]={};

    while(fgets(answer1,,p1)!=NULL && fgets(answer2,,p2)!=NULL)

    {

        //不要fgets  10个字符 

//        printf("%s",answer1);

//        printf("222%s",answer2);

        if(strcmp(answer1,answer2)==)  //比较前n个字节的大小

        {

            correct_d[c++]=y;

            y++;

        }

        else if(strcmp(answer1,answer2)!=)

        {

            wrong_d[w++]=y;

            y++;

        }

    }

    fprintf(p3,"Correct: %d (",c);

    for(int i=;i<c;i++)

    {

        fprintf(p3,"%d",correct_d[i]);

        if(i!=c-) fprintf(p3,",");

    }

    fprintf(p3,")\n");

    fprintf(p3,"Wrong: %d (",w);

    for(int i=;i<w;i++)

    {

        fprintf(p3,"%d",wrong_d[i]);

        if(i!=w-) fprintf(p3,",");

    }

    fprintf(p3,")");

    fclose(p1);

    fclose(p2);

    fclose(p3);

}

带参数的主函数：

int main(int argc,char *argv[]){

    char *line;

    int y=;

    if(argc<)   //参数没有 4个

    {

        printf("你输错了或 去cmd运行！！！\n");

        return ;

    }

    if(strcmp(argv[],"-n")== && strcmp(argv[],"-r")==)

    {

        n=atoi(argv[]); //字符串变为整数

        r=atoi(argv[]);

        srand((unsigned)time(NULL)+rand());   //加个种子，随机数不同

        while(n>)

        {   

            line=creatFormula(y);

            if(atoi(line)<)continue;

            y++;

            n--;

        }

    }

    else if(!strcmp(argv[],"-e") && !strcmp(argv[],"-a"))

    {

        CheckAnswer(argv[],argv[]);

    }

    return ;

}

六、测试运行

1、测试生成

2、判断答案对错：

10000道题目：

七、项目小结

杨锐龙：

1、对于这次结对项目，可以说的是我是比较懒的，要不是海钊在项目发出来两三天后开始一直催着我，可能后来项目的完成会变得比较紧张，在完成项目的过程中，我们的分歧感觉很大。

2、我们没有规划好谁完成什么功能，可以说都是独立做自己的内容，然后看谁实现的功能更多更好然后决定用谁的方法，这当中也出现了不少的矛盾，因为我两都是独立写的，沟通多但是效果不好，导致有时候他问我怎么办的时候我也没有好的思路给他，或者说根本就不知道他要干嘛（这可能是这次结对项目最遗憾的地方了）。

3、虽说如此，但是也是有好的一点地方，比如在生成式子的那个阶段，他的方法用得比我更好，以至于到后来我完成自己项目的时候，还是引用了他的方法，给我带来了很大的方便，虽然沟通效果不好，但是我们也是有经常分享自己的代码成果，从中也可以get到一些不同于我的思路，比如主函数我开始是没用用参数的，在后面生成和对比答案的时候带来了一定的麻烦，但是想到了他给我的代码中出现过的带参数的主函数，也就顺便解决了出现的问题。

4、这次的结对项目可以遗憾地说是个人项目，是我们（或者我）没有get到结对项目的点上，只是多了一个伙伴相互分享代码，但是值得高兴的是我们都用自己的想法完成了项目，只是花费很多的时间。

黄海钊：

这是我第一次跟别人合作做项目，我觉得合作最大得好处就是可以共享知识，但是也带来了一个很大得问题，就是矛盾。我们有进行讨论，但是在讨论过程中意见不一，各有各的想法，导致讨论没能有太大作用。最终在共享思路的情况下各自完成代码，取其优而选着。虽说完成的不是很好，但也是经历了一个不错的过程。

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