四则运算表达式生成器（C语言）

时间：2020-04-14 20:48:55 阅读：96 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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结对项目：四则运算表达式生成器（C语言）

GitHub：https://github.com/peter-ye-code/Question-Builder

合作者：叶学涛（3118005024）

温德华（3118005021）

一、需求

四则运算表达式生成器的全部功能：

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。
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。
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。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。
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，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。

未完成的功能：（4）功能中的真分数功能未能实现

二、PSP表格

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	30	40
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	30	40
Development	开发	1150	1200
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	200	250
· Design Spec	· 生成设计文档	30	30
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	10	15
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	20	30
· Design	· 具体设计	500	435
· Code Review	· 代码复审	120	90
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	300	350
Reporting	报告	60	70
· Test Report	· 测试报告	20	25
· Size Measurement	· 计算工作量	10	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30	35
合计		1240	1310

三、设计实现过程

1、设计思路

采用随机法生成运算表达式，运算顺序则采用中缀表达式转后缀表达式，结果及运算数则使用栈来进行存取。

2、模块函数关系

技术图片

四、主要代码

生成表达式

int CreatQuestion (int m,int digital_index,int *answer) 
{
    char str[250] = {‘0‘};  //定义一个字符数组存放算术表达式
    int x, num, ran_num, j = 0;  
    num = random_number( 3 );//生成随机运算符数目 
    
    //循环生成算术表达式
    for ( int k = 0; k < num; k++ ) 
    {
        ran_num = random_number ( m );  //生成一个参与表达式的数值，m是数值范围 （1~10） 
        x = 1;
        while ( ran_num / x )
        {
            x *= 10;
        }
        x /= 10;//x=10,x=1

        while ( x )//x=10执行两次 
        {
            str[j++] = ran_num / x + ‘0‘;//将数字型转换为字符串型 
            ran_num = ran_num % x;
            x /= 10;
        }

        str[j++] = random_symbol();  //随机生成一个运算符

    }

    //生成一个随机结尾数值
    ran_num =  random_number( m );  
    x = 1;
    while ( ran_num / x )
    {
        x *= 10;
    }
    x /= 10;

    while ( x )
    {
        str[j++] = ran_num / x + ‘0‘;
        ran_num = ran_num % x;
        x /= 10;
    }
    
    int result = Answer(str,digital_index);
    *answer = result;
    if(result>=0){
        WriteQuestion(str,digital_index);
        WriteAnswer(digital_index,result);
    }
}

计算答案

//生成答案模块
int Answer(char *str,int digital_index) 
{
    char* p =str;
    
    int num[100] = {0};//数字数组
    char symbol[100] = {0};//运算符数组 
    int index = 0;    //索引  
    
    char stack[100] = {0};//运算符栈 
    int stacki[100] = {0};//结果栈 
    int top = -1;//栈的索引 -1表示栈为空 
    
    int temp = 0;//正在拼写的数字 
    int flag = 0;//表示当前是否正在拼写数字
    
    //中缀表达式转化为逆波兰表达式
    //最后的结果就是得到两个数组，分别是num和symbol 
    while(1){
        if(*p>=‘0‘ && *p<=‘9‘)//读到了一个数字 
        {    flag = 1;
            temp *= 10;//第一个为数字时temp=0,第二个为数字时才乘以10 
            temp += *p - ‘0‘;//0的ASCII值为48
        }
        else//读到了一个符号，或字符串已经结束了
        {
            if(flag)//拼写完1个数字先将数字输出 
            {
               num[index] = temp;
               symbol[index] = ‘!‘;
               index++;
               flag = temp =0;//重新置0 
            }
            if(!*p)//如果字符串已经结束 
            {
                //最终，将栈元素全部出栈
                while(top>=0) symbol[index++]=stack[top--];
                break;//跳出循环 
            }
            else// 字符串还未结束 
            {
                 if(top == -1||*p == ‘(‘) //如果栈空时，或符号为左括号          
                     stack[++top] = *p;//入栈 
                 else if(*p == ‘)‘)//如果是右括号，出栈到左括号
                 {
                     while(top>=0&&stack[top]!=‘(‘)//如果不为左括号。出栈 
                     {                                             
                        symbol[index++]=stack[top--];
                    } 
                    --top;//如果为左括号，--top 
                 }         
                else if(*p == ‘*‘||*p == ‘/‘)//如果新符号是乘除
                 {
                     while(top>=0&&(stack[top]==‘*‘||stack[top]==‘/‘))//乘除出栈
                     {                                             
                        symbol[index++]=stack[top--];
                    } 
                    stack[++top] = *p;//新符号入栈
                 }
                 else //如果新运算符是加减
                 {
                     while(top>=0&&stack[top]!=‘(‘)//四则运算出栈
                     {                                             
                        symbol[index++]=stack[top--];
                    } 
                    stack[++top] = *p;//新符号入栈
                 }
            }
        }
        p++;
    }
    
    //逆波兰表达式求解
    top =-1;
    int temp1 = 0;
    int temp2 = 0;
    for(int i =0;i<index;i++){
        if(symbol[i]==‘!‘){//这时的i索引表示的是数字，数字入栈stacki 
            stacki[++top] = num[i];    
        }
           //符号运算
           else
           {
               temp1 = stacki[top--];
            temp2 = stacki[top--];
            switch (symbol[i])
            {
            case ‘+‘:
                stacki[++top] = temp2 + temp1;//将结果入栈 
                break;
            case ‘-‘:
                stacki[++top] = temp2 - temp1;//后面减去前面 
                break;
            case ‘*‘:
                stacki[++top] = temp2 * temp1;
                break;
            case ‘/‘:
                stacki[++top] = temp2 / temp1;
                break;
            }
        }
    }
    //最终结果是stacki[0]
    int result = stacki[0];
//    printf("%s=%d\n",str,result);    
//    WriteAnswer(digital_index,result);
    return result; 
}

生成答案文件

void WriteQuestion(char *str,int digital_index){
    int k=0;
    FILE *fp;
       fp=fopen("Exercises.txt","a");//若文件不存在则建立该文件,这里不能用w,要用a 
       fprintf(fp,"%d:",digital_index);
       while(str[k]!=NULL){
           if(str[k] == ‘+‘ ||str[k] == ‘-‘ ||str[k] == ‘*‘ ||str[k] == ‘/‘ || str[k] == ‘=‘){
                fprintf(fp," %c ",str[k]);
        }else fprintf(fp,"%c",str[k]);
        k++;
       }
    fprintf(fp," =\n");
    fclose(fp);
}

生成题目文件

void WriteAnswer(int digital_index,int result){
    FILE *fp;
       fp=fopen("Answers.txt","a");//若文件不存在则建立该文件,这里不能用w,要用a 
       fprintf(fp,"%d:",digital_index);
       fprintf(fp,"%d\n",result);
       fclose(fp);
}

检查答案并且生成报告文件

void CheckAnswer(char exercisefile[],char answerfile[]){
    FILE *fp1,*fp2,*fp3;

    fp1=fopen("Answers.txt","r");
    fp2=fopen(answerfile,"r");     
    fp3=fopen("Grade.txt","w");
    
    int index=1; //题目序号
    
    char correct_answer[30]={};  //存放正确答案 
    char answer[30]={};  //存放从答案文件取出的答案
     
    
    int c_num=0,w_num=0;   //用于计算对和错的总题数 
    
    int c_index[10000]={};   //用于储存对的和错的题号
    int w_index[10000]={};
    
    while(fgets(correct_answer,30,fp1)!=NULL && fgets(answer,30,fp2)!=NULL)
    {      
        if(strcmp(correct_answer,answer)==0)  //比较前n个字节的大小 
        {
            c_index[c_num++]=index;
            index++; 
        }
        else if(strcmp(correct_answer,answer)!=0)
        {
            w_index[w_num++]=index;
            index++;
        }
    }
 
    fprintf(fp3,"Correct: %d (",c_num);
    for(int i=0;i<c_num;i++)
    {
        fprintf(fp3,"%d",c_index[i]);
        if(i!=c_num-1) fprintf(fp3,",");
    }
    fprintf(fp3,")\n");
     
    fprintf(fp3,"Wrong: %d (",w_num);
    for(int i=0;i<w_num;i++)
    {
        fprintf(fp3,"%d",w_index[i]);
        if(i!=w_num-1) fprintf(fp3,",");
    }
    fprintf(fp3,")\n");
    fclose(fp1);
    fclose(fp2);
    fclose(fp3);        
}

主函数

int main(int argc,char*argv[]){
    
    if(argc<2){
        printf("you must input argc!");
        return 0;
    }
    srand((int)time(0));//设置rand()产生随机数时的随机数种子
    FILE *fp1,*fp2;
    
    int n,r;
    if(!strcmp(argv[1],"-n") && !strcmp(argv[3],"-r")){//生成题目和答案 
        fp1=fopen("Exercises.txt","w");
        fp2=fopen("Answers.txt","w");
        fclose(fp1);
        fclose(fp2);
        n=atoi(argv[2]);
        r=atoi(argv[4]);
        int answer;
        int digital_index=1;
        while(digital_index<=n){
            CreatQuestion(r,digital_index,&answer);
            if(answer>=0){
            digital_index++;
            }
        }   
    }else if(!strcmp(argv[1],"-e") && !strcmp(argv[3],"-a")){//检查答案 
        CheckAnswer(argv[2],argv[4]);
    }
     
    
    return 0;
}