软件工程个人项目

项目	内容
本作业属于北航软件工程课程	2020春季计算机学院软件工程（罗杰 任建）
本作业的要求请点击链接查看	2020BUAA软件工程个人项目作业
教学班级	005
Github项目地址	https://github.com/syncline0605/IntersectProject
我在这个课程的目标	提高自身的代码能力、学习团队协作开发的过程
本作业帮助我实现目标的具体方面	实践PSP过程、熟悉用VS进行C++开发的流程、熟悉VS带有的各种工具

PSP表格

在开始实现程序之前，在下述PSP表格记录下你估计将在程序的各个模块的开发上耗费的时间

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划
- Estimate	- 估计这个任务需要多少时间
Development	开发	660	930
- Analysis	- 需求分析（包括学习新技术）	180	240
- 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）	30	0
- Coding Standard	- 代码规范（为目前的开发制定合适的规范）	60	0
- Design	- 具体设计	60	60
- Coding	- 具体编码	120	420
- Code Review	- 代码复审	60	0
- Test	- 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	120	180
Reporting	报告	180	210
- Test Report	- 测试报告	120	120
- Size Measurement	- 计算工作量	30	30
- Postmortem & Process Improvement Plan	- 事后总结，并提出过程改进计划	30	60
	合计	840

前期设计阶段的时间较为宽松，可以不断修改设计、查询新的方法，而且一边设计一边编写作业博客。在推翻一版设计之后又删掉已经写好的博客，因此耗费了许多时间。在编码阶段，因为不熟悉C++语言，处理C++的语法错误耗费了巨大的时间，有时会使用几个小时寻找一个原本很简单的小错误，但总得来说因为前期已经设计好了代码结构，在语法错误之外没有太大的阻碍。在分析、测试阶段，因为剩余时间相当不足，没有时间完整地完成PSP流程、没能做好代码风格分析、运行分析和单元测试。

总得来说，在这次的个人项目中，我深深地体会到了“先设计后编码”的优越性；但是一方面由于前期设计用时过长、中期语言不熟悉编码错误过多，导致后劲不足，虎头蛇尾，在后期分析测试阶段没有完成作业要求，没有完全消除程序警告。在作业时间截至后我将会继续认真完成这一部分。

解题思路描述

需求分析（包括学习新技术）

1、在阅读了个人项目作业后，首先针对评分规则，计划学习了以下新技术：

• 因为评分标准中包含Commit 信息是否区分标题和详细描述，参考学习了以下博客
  • 如何写好git commit message
  • Commit message 和 Change log编写指南

2、程序的输入为命令行参数，需要设计并编写解析命令行参数的函数

• 因为该程序必然有一个输入 (-i) 和一个输出 (-o) ，可以基于这一点简化程序

3、针对求直线与直线交点、直线与圆交点、圆与圆的交点的问题的编程解决方法，经过学习决定应用以下方法：

• 大体思路：首先判断是否有交点，如有交点再计算交点的坐标；将判断和计算的函数不分开书写，因此许多计算的中间数据就不必重复计算

• 点在直线上的投影

  • 直线从 (P_1) 指向 (P_2) 的单位向量为 e ，直线上的两点为 (P_1、P_2) ，待求的点为 (P) ，投影点为 (P_r)
  • 求出向量 (<P_1, P>) 在 e 方向上的投影向量 (<P_1, P_r>)，结合 (P_1) 的坐标， (P_r) 的坐标也就很容易求出了

• 直线与直线交点

  • 当两直线斜率相同或两直线斜率均不存在时，两直线无交点

  • 若一条直线经过两点 (P_1, P_2)，则若要表示成 (Ax + By + C = 0) 的形式

  • 有(A = P_1.y - P_2.y ， B = P_2.x - P_1.x ， C = P_1.x * P_2.y - P_2.x * P_1.y)

  • 若有两条相交的直线 (A_0x + B_0y + C_0 = 0) 和 (A_1x + B_1y + C_1 = 0)，它们的交点为 ((X, Y))

    (X = (B_0*C_1 - B_1*C_0)/D)

    (Y = (A_1*C_0 - A_0*C_1)/D)

    (D = (A_0*B_1 - A_1*B_0)) （若D为0则两条直线平行）

• 直线与圆交点

  • 先求圆心 (p) 在直线上的投影点 (pr) 的坐标，然后就可求出 Vector <p, pr> 的模长 (m) ，将这个模长 (m) 与半径 (r) 比较
  • 若 (m) 大于半径 (r) ，无交点
  • 若 (m) 等于半径 (r) ，有一个交点，则投影点 (pr) 就是交点
  • 若 (m) 小于半径 (r) ，有两个交点，则先使用勾股定理，根据 (m) 与 (r) 求出圆内线段长度的一半；再根据这个线段长度、投影点坐标和直线的方向向量，得到两个交点的坐标

• 圆与圆的交点

  • 详见以下博客

• 参考学习博客：

  • 计算几何学|圆与直线的交点|Cross Points of a Circle and a Line|C/C++实现
  • 计算几何学|圆与圆的交点|Cross Points of Circles|C/C++实现
  • 图像处理；C++求已知两直线方程交点

设计实现过程

数据保存方式的设计

• struct Point(struct Vector)

  • 当在坐标系中进行计算时，Vector是一个非常重要的概念。从数据上来说，它与点一样用一个横坐标 double x、一个纵坐标 double y 就可以表示，但它也应该保存模长 double length
    

• struct Line

• struct Circle

• 用 STL vector 数据结构保存各输入项
  • vector< Line >
  • vector< Circle >
• 用 STL set 数据结构保存各交点，保证存储的交点不重复
  • set< Point >

函数的设计

• 命令行解析函数

• 输入处理函数

• 求连接两点的向量

  • 输入： Point A ,Point B
  • 输出：Vector M

• 求点在直线上的投影坐标函数

  • 输入：Point A，Line l
  • 输出：point M

• 求点到直线的距离函数

  • 输入：Point A，Line l
  • 输出：int distance

• 求两直线交点数的函数/求直线与圆交点数的函数/求两圆交点数的函数

  • 输出：交点数
  • 交点的坐标通过将引用作为参数传入函数来得到

单元测试的设计

• 没有完整地对所有函数进行单元测试，主要以使用测试用例测试为主，简单地对一些小函数进行了单元测试

测试样例的设计

程序性能

使用一个随机生成的包含一千多条数据的测试集，运行了一分钟（未运行完即终止运行）。

很明显，程序将大多数时间用在了set的元素插入上

除此之外，基于确定的精确值对equals意义的重写也占用了大量时间

在设计阶段思考过这样一个优化方式，但是最后没有时间实现

• 每当计算出两直线 (l_1,l_2) 的交点或是直线 (l) 与圆 (c) 的交点后，就可以判断交点
  • 是否在其余还未判断与 (l_1) 的交点、与 (l_2) 的交点的直线上，若在，则可记录下来，就不必再进行计算和判断（因为两直线只可能有一个交点）
  • 是否在其余还未判断与 (l) 的交点的直线上，同上

代码说明

• 求两直线的交点

• 求直线与圆的交点