结对编程---四则运算
一、需求分析
四则运算生成器在当今大家计算能力低下的时代是很有必要存在的，这个小软件能够锻炼一个人的计算能力，并且经过练习能够快速提高能力。
1、题目要求：
我们选用的是老师给出范例中的第二套。
我们在个人作业1中，用各种语言实现了一个命令行的四则运算小程序。进一步，本次要求把这个程序做成GUI（可以是Windows PC 上的，也可以是Mac、Linux，web，手机上的），成为一个有基本功能、一定价值的程序。在下面的功能需求中实现两个：
记录用户的对错总数，程序退出再启动的时候，能把以前的对错数量保存并在此基础上增量计算。
有计时功能，能显示用户开始答题后的消耗时间。
界面支持中文简体/中文繁体/英语，用户可以选择一种；
2、题目分析：
（1）支持真分数和整数的运算；
（2）能够判断对错，且输出正确答案；能够计算正确率并输出；
（3）将程序弄成GUI；
（4）可切换语言，界面支持中文简体/中文繁体/英语，用户可以选择一种；
（5）计时器功能，点击开始计时时，能显示用户开始答题后的消耗时间；
3、分工
此次程序设计由我，廖怡洁（201521123067）和齐畅（201521123073）共同完成。
我的码云地址：https://gitee.com/yjliao/four_operations
同伴博客地址：http://www.cnblogs.com/qichang/p/8644461.html
二、 程序设计
图0.0为修改前的思维导图
图0.0
图0.1为修改前的思维导图
图0.1
我们在此基础上完善修改增添了如下功能：
1、主界面的优化；
2、增添功能---“统计回答正确的题目的题号”
3、计时器功能优化
4、增加随机产生括号
5、增加带括号运算
6、避免出题重复
如下图所示在老师所给的源代码与博客里面的源代码并不相符。
我们先运行了源代码里面的代码，十分简陋，bug很多，还没有界面。功能设计不合理，比如：如下图所示，居然要手动输入求解的式子。后来我们点开了个人博客的码云地址，接下来的功能完善均基于此链接。
https://coding.net/u/Belong033/p/java-second-two/git?public=true
改进1：主界面的优化。
图1.1
图1.2
图1.1为原来的欢迎界面，图1.2为改进后的界面。字体以及排版有所细微的变化。改进之后，视觉效果更合理。
改进代码如下图所示：
改进2：增添功能---“统计回答正确的题目的题号”
图2.1
图2.2
改进代码如下图所示;
随后我们又对“正确题号”那一栏的大小排版进行了相对应的设置，改进代码如下图所示;
改进3：计时器功能优化
图3.1
图3.2
原设计思路是，要手动点击“计时开始”才开始计时，如图3.1所示。
不过很明显，这种方式及其容易作弊。因为如图3.1所示，计时器并没有及时，但是答题已经结束啦！即：考生不手动点击计时器，计时器就永远不会开始计时。
其实并不是计时器本身有错误，而是设计不够缜密，有思维漏洞，因此我和队友就这个漏洞予以弥补。如图3.2所示，只有点击“计时开始”系统才会自动跳出题目。因此，改进之后更合理，更公平。
同时我们分别对简体、繁体、英文也相应做出了优化功能。
改进代码如下图所示：
4、增加随机产生括号
5、增加带括号运算的代码
6、避免出题重复的代码
如下代码为Calculator类，代码里面有详细备注
package zong;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.Stack;
public class Calculator {
public static String str1;
public static double answ;
public double getAnsw() {
return answ;
}
public void setAnsw(double answ) {
this.answ = answ;
}
public String getStr1() {
return str1;
}
public void setStr1(String str1) {
this.str1 = str1;
}
private final Stack<Double> numStack = new Stack<Double>();
private final Stack<Character> opStack = new Stack<Character>();
private char currentOperator;
private char opStackTop;
private int i;
private String expression;
@SuppressWarnings("rawtypes")
public void exec(String expression) {
try {
clean();
if (expression == null || expression.isEmpty()) {
throw new IllegalArgumentException("Blank Expression!");
}
this.expression = expression;
opStack.push(TERMINATE_TOKENS.START_END_MARK);
List tokens = TOKENIZER.exec(expression
+ TERMINATE_TOKENS.START_END_MARK);
for (; i < tokens.size(); i++) {
final Object token = tokens.get(i);
if (token instanceof Double) {
processOperand((double) token);
} else {
processOperator((char) token);
}
}
} catch (Throwable e) {
System.err.println(String.format(
"Incorret Expression: %s
Error: %s", expression,
e.getMessage()));
}
}
private void processOperand(final double operand) {
numStack.push(operand);
}
private void processOperator(final char currentOperator) {
this.currentOperator = currentOperator;
this.opStackTop = opStack.peek();
char calMode = CALCULATE_MODE.getRule(currentOperator, opStackTop);
switch (calMode) {
case '>':
processStackHigerPriorityOperator();
break;
case '<':
processStackLowerPriorityOperator();
break;
case '=':
processStackEqualPriorityOperator();
break;
default:
break;
}
}
private void processStackLowerPriorityOperator() {
opStack.push(currentOperator);
}
private void processStackHigerPriorityOperator() {
numStack.push(CALCULATE.exec(opStack.pop(), numStack.pop(),
numStack.pop()));
--i; // pointer back to the previous operator.
}
private void processStackEqualPriorityOperator() {
if (TERMINATE_TOKENS.START_END_MARK == currentOperator) {
// float answ = (float) (Math.round(numStack.peek() * 10)) / 10;//
setAnsw((Math.round(numStack.peek() * 10)) / 10);// 对结果保留一位小数，如果保留两位，就把10改成100
System.out.println(expression + " = " + numStack.peek());
} else if (')' == currentOperator) {
opStack.pop();
}
}
public void clean() {
numStack.clear();
opStack.clear();
i = 0;
}
public static void main(String[] args) {
Calculator cal = new Calculator();
try {
int op;// 随机选择计算符
int kuo;// 是否在此处加入括号
int[] number = new int[100];
for (int i = 1; i <= 7; i++) {
// XXD：需要多少个数字就修改这里！！！
number[i] = (int) (Math.random() * 9 + 1);
}
int flag = 0;// 是否已经有左括号
int flag2 = 0;// 左右括号之间数字的个数
int cnt = 1;// 已经使用的数字的个数
String str = "";// 储存准备用于计算的运算串
String fuhao;// 储存随机产生的符号
while (true) {
kuo = (int) (Math.random() * 2 + 1);// 是否在此处加入括号
if (kuo == 1 && flag == 0 && cnt != 7) {
str += "(";
flag = 1;
flag2 = 0;
}
str += Integer.toString(number[cnt]);
cnt++;
op = (int) (Math.random() * 4 + 1);// 随机选择计算符
if (op == 1) {
fuhao = "+";
} else if (op == 2) {
fuhao = "-";
} else if (op == 3) {
fuhao = "*";
} else {
fuhao = "/";
}
if (cnt == 8) {// 数字个数上限+1
if (flag == 1)
str += ")";
break;
}
kuo = (int) (Math.random() * 2 + 1);
flag2++;
if (kuo == 1 && flag == 1 && flag2 == 2) {
// 随机决定此处加右括号 &&
// 已经有左括号
// && 左右括号之间最少有两个数
str += ")";
flag = 0;
flag2 = 0;
}
str += fuhao;
}
// cal.exec("4+(3*(3-1)+2)/2"); //测试 = 8.0
// cal.exec("4+(-3*(3-1)+2)"); //测试 = 0.0
cal.exec(str);
cal.setStr1(str);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
enum CALCULATE {
INSTANCE;
public static double exec(final char operator, final double right,
final double left) {
switch (operator) {
case '+':
return left + right;
case '-':
return left - right;
case '*':
return left * right;
case '/':
return left / right;
default:
throw new IllegalArgumentException("Unsupported operator: "
+ operator);
}
}
}
enum TERMINATE_TOKENS {
INSTANCE;
public static final char START_END_MARK = '#';
private static final Map<Character, Integer> TOKENs = new HashMap<Character, Integer>();
static {
// token, token id
TOKENs.put('+', 0);
TOKENs.put('-', 1);
TOKENs.put('*', 2);
TOKENs.put('/', 3);
TOKENs.put('(', 4);
TOKENs.put(')', 5);
TOKENs.put(START_END_MARK, 6);
}
private static Set<Character> NEGATIVE_NUM_SENSITIVE = new HashSet<Character>();
public static synchronized Set<Character> getNegativeNumSensitiveToken() {
if (NEGATIVE_NUM_SENSITIVE.size() == 0) {
NEGATIVE_NUM_SENSITIVE.addAll(TOKENs.keySet());
NEGATIVE_NUM_SENSITIVE.remove(')');
}
return NEGATIVE_NUM_SENSITIVE;
}
public static boolean isTerminateToken(final char token) {
Set<Character> keys = TOKENs.keySet();
return keys.contains(token);
}
public static int getTokenId(final char token) {
return TOKENs.get(token) == null ? -1 : TOKENs.get(token);
}
public static int getTokenSize() {
return TOKENs.size();
}
}
enum CALCULATE_MODE {
INSTANCE;
private static char[][] RULES = {
// + - * / ( ) #
{ '>', '>', '<', '<', '<', '>', '>' }, // +
{ '>', '>', '<', '<', '<', '>', '>' }, // -
{ '>', '>', '>', '>', '<', '>', '>' }, // *
{ '>', '>', '>', '>', '<', '>', '>' }, // /
{ '<', '<', '<', '<', '<', '=', 'o' }, // (
{ '>', '>', '>', '>', 'o', '>', '>' }, // )
{ '<', '<', '<', '<', '<', 'o', '=' }, // #
};
static {
if (RULES.length != TERMINATE_TOKENS.getTokenSize() || RULES.length < 1
|| RULES[0].length != TERMINATE_TOKENS.getTokenSize()) {
throw new IllegalArgumentException("Rules matrix is incorrect!");
}
}
public static char getRule(final char currentOperator, final char opStackTop) {
try {
return RULES[TERMINATE_TOKENS.getTokenId(opStackTop)][TERMINATE_TOKENS
.getTokenId(currentOperator)];
} catch (Throwable e) {
throw new RuntimeException("No rules were defined for some token!");
}
}
}
enum TOKENIZER {
INSTANCE;
private static final StringBuilder BUFFER = new StringBuilder();
private static String clearExpression(String expression) {
return expression.replaceAll(" ", "");
}
private static Character PREVIOUS_CHAR;
private static void clean() {
BUFFER.delete(0, BUFFER.length());
PREVIOUS_CHAR = null;
}
private static boolean processNegativeNumbers(final String exp,
final int index) {
char c = exp.charAt(index);
if (('+' == c || '-' == c)
&& (PREVIOUS_CHAR == null || TERMINATE_TOKENS
.getNegativeNumSensitiveToken().contains(PREVIOUS_CHAR))
&& !TERMINATE_TOKENS.isTerminateToken(exp.charAt(index + 1))) {
BUFFER.append(c);
return true;
}
return false;
}
@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
public static List<?> exec(final String expression) {
clean();
String exp = clearExpression(expression);
List result = new LinkedList();
for (int i = 0; i < exp.length(); i++) {
char c = exp.charAt(i);
if (TERMINATE_TOKENS.isTerminateToken(c)) {
if (processNegativeNumbers(exp, i))
continue;
if (BUFFER.length() > 0) {
result.add(Double.valueOf(BUFFER.toString()));
BUFFER.delete(0, BUFFER.length());
}
result.add(c);
} else {
BUFFER.append(c);
}
PREVIOUS_CHAR = c;
}
return Collections.unmodifiableList(result);
}
}
终结版运行界面
开始计时，同时给出题目
下图为我们俩的码云提交记录：
PSP：
下图为我和我的同伴挑灯夜战研究写代码的照片：
