分數(shù)類的設計與實現(xiàn)[共27頁]

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1、課課 程程 設設 計計 任任 務務 書書學院學院信息科學與工程信息科學與工程專業(yè)專業(yè)電子信息科學與技術(shù)電子信息科學與技術(shù)學生姓名學生姓名學號學號設計題目設計題目1.1.分數(shù)類的設計與實現(xiàn)分數(shù)類的設計與實現(xiàn) 2.2.生命游戲生命游戲 1.分數(shù)類的設計與實現(xiàn)分數(shù)類的設計與實現(xiàn) 建立用于完成分數(shù)形式運算的類 RationalNumber。編寫一個測試該類的程序。用整數(shù)變量表示類的私有數(shù)據(jù)（即分子和分母） 。給類提供一個能夠?qū)λ暶鞯膶ο蟪跏蓟臉?gòu)造函數(shù)。為了能夠在不提供初始化值的情況下也能對對象初始化，構(gòu)造函數(shù)中應該包含默認的值。構(gòu)造函數(shù)還應該以最簡分數(shù)的形式存儲數(shù)據(jù)，即 2/4 應該在對象中存儲成

2、分子為 1、分母為 2 的形式。公有成員函數(shù)應該有以下功能： 1.兩個有理數(shù)相加，以最簡形式保存結(jié)果； 2.兩個有理數(shù)相減，以最簡形式保存結(jié)果； 3.兩個有理數(shù)相乘，以最簡形式保存結(jié)果； 4.兩個有理數(shù)相除，以最簡形式保存結(jié)果； 5.以 a/b 的形式輸出有理數(shù)（a 是分子,b 是分母） ； 6.以浮點形式輸出有理數(shù)。2.2.生命游戲生命游戲 生命游戲其實是一個零玩家游戲。它包括一個二維矩形世界，這個世界中的每個方格居住著一個活著的或死了的細胞。一個細胞在下一個時刻生死取決于相鄰八個方格中活著的或死了的細胞的數(shù)量。如果相鄰方格活著的細胞數(shù)量過多，這個細胞會因為資源匱乏而在下一個時刻死去；相反，

3、如果周圍活細胞過少，這個細胞會因太孤單而死去。1.如果一個細胞周圍有 3 個細胞為生（一個細胞周圍共有 8 個細胞） ，則該細胞為生（即該細胞若原先為死，則轉(zhuǎn)為生，若原先為生，則保持不變） 。 2.如果一個細胞周圍有 2 個細胞為生，則該細胞的生死狀態(tài)保持不變； 3.其它情況下，該細胞為死（即該細胞若原先為生，則轉(zhuǎn)為死，若原先為死，則保持不變）進度安排：第 17 周：分析題目，查閱課題相關資料，進行類設計、算法設計；第 18 周：上機調(diào)試程序，程序測試與分析，撰寫課程設計報告，準備答辯。指導教師（簽字）：指導教師（簽字）：年年 月月 日日學院院長（簽字）學院院長（簽字）年年 月月 日日目目 錄

4、錄PART I.11 需求分析.12 算法基本原理.12.1 加法.12.2 減法.22.3 乘法.22.4 除法.23 類設計.24 詳細設計.34.1 類的接口設計.34.2 類的實現(xiàn).44.3 主函數(shù)設計.95 運行結(jié)果與分析.105.1 程序運行結(jié)果.105.2 運行結(jié)果分析 .12PART II.126 基于 MFC 的圖形界面程序開發(fā).126.1 基于 MFC 的圖形界面程序設計 .12（1）界面設計.12（2）代碼設計.146.2 測試程序.226.3 MFC 程序編寫總結(jié).237 參考文獻.24PART I1 需求分析需求分析(1) 有理數(shù)可分為整數(shù)和分數(shù)也可分為三種，一；正數(shù)

5、，二；0，三；負數(shù)。除了無限不循環(huán)小數(shù)以外的實數(shù)統(tǒng)稱有理數(shù)。在數(shù)學上有理數(shù)的運用相當廣泛，所以一款簡易的有理數(shù)計算器可以大大節(jié)約時間，而且不會因為人為誤差導致計算結(jié)果出錯。(2) 依照它們的序列，有理數(shù)具有一個序拓撲。有理數(shù)是實數(shù)的（稠密）子集，因此它同時具有一個子空間拓撲。采用度量，有理數(shù)構(gòu)成一個度量空間，這是它的第三個拓撲。幸運的是，所有三個拓撲一致并將有理數(shù)轉(zhuǎn)化到一個拓撲域。有理數(shù)是非局部緊致空間的一個重要的實例。這個空間也是完全不連通的。有理數(shù)不構(gòu)成完備的度量空間；實數(shù)是它的完備集。(3)程序測試數(shù)據(jù)選擇若干種有代表性的數(shù)據(jù)來進行測試，通過臨界數(shù)據(jù)的測試來判斷系統(tǒng)的正確性。2 算法基本

6、原理算法基本原理2.1 加法加法有理數(shù)的加法與小學的加法大有不同，小學的加法不涉及到符號的問題，而有理數(shù)的加法運算總是涉及到兩個問題：一是確定結(jié)果的符號；二是求結(jié)果的絕對值。 在進行有理數(shù)加法運算時，首先判斷兩個加數(shù)的符號：是同號還是異號，是否有 0。從而確定用那一條法則。在應用過程中，一定要牢記先符號，后絕對值，熟練以后就不會出錯了。 多個有理數(shù)的加法，可以從左向右計算，也可以用加法的運算定律計算。法則1同號相加，取相同符號，并把絕對值相加。2絕對值不等的異號加減，取絕對值較大的加數(shù)符號，并用較大的絕對值減去較小的絕對值?；橄喾磾?shù)的兩個數(shù)相加得 0。3一個數(shù)同 0 相加，仍得這個數(shù)。定律.

7、同號相加，取相同符號，并把絕對值相加。.絕對值不相等的異號兩數(shù)加減，取絕對值較大的符號，并用較大的絕對值減去較小的絕對值?；橄喾磾?shù)的兩個數(shù)相加得 0。.一個數(shù)同 0 相加，仍得這個數(shù)。.相反數(shù)相加結(jié)果一定得 0。2.2 減法減法有理數(shù)減法法則：減去一個數(shù)，等于加上這個數(shù)的相反數(shù)。其中：兩變：減法運算變加法運算，減數(shù)變成它的相反數(shù)。一不變：被減數(shù)不變?？梢员硎境桑?ab=a+（b） 。2.3 乘法乘法1.兩數(shù)相乘，同號為正，異號為負，并把絕對值相乘。例;（-5）（-3）=15 （-6）4=-242.任何數(shù)字同 0 相乘，都得 0. 例;01=03.幾個不等于 0 的數(shù)字相乘，積的符號由負因數(shù)的

8、個數(shù)決定。當負因數(shù)有奇數(shù)個數(shù)時，積為負；當負因數(shù)有偶數(shù)個數(shù)時，積為正。并把其絕對值相乘。例;（-10）-5（-0.1）（-6)=積為正數(shù)，而（-4）（-7）(-25）=積為負數(shù)4.幾個數(shù)相乘，有一個因數(shù)為 0 時，積為 0. 例;3（-2）0=0 5.乘積為 1 的兩個有理數(shù)互為倒數(shù)（reciprocal） 。例如，3 與1/3，3/8 與8/3。2.4 除法除法1.除以一個數(shù)等于乘以這個數(shù)的倒數(shù)。 （注意：0 沒有倒數(shù)）2.兩數(shù)相除，同號為正，異號為負，并把絕對值相除。3.0 除以任何一個不等于 0 的數(shù)，都等于 0。4.0 在任何條件下都不能做除數(shù)。3 類設計類設計從上面的算法分析可以看到

9、，本設計面臨的計算問題的關鍵是設計一個有理數(shù)運算類。這個類必須能將用戶給定的 2 個整數(shù)表達成有理數(shù)，同時必須進行合法性檢測。同時需要為類設計 4 個方法，分別來運算加法，減法，乘法和除法，為了使有理數(shù)運算看起來更符合自然，所以必須利用 C+的重載技術(shù)，來對相應的 4 種運算符進行重載，并且還需要設計一個方法來滿足有理數(shù)分數(shù)形式和小數(shù)形式的轉(zhuǎn)換。要從用戶輸入創(chuàng)建一個有理數(shù)，為類設計了一個帶有默認參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)來滿足需求。根據(jù)以上的分析，設計出CRationalNumber 類。如圖 3.1 所示。圖 3.1 CRationalNumber 類UML 圖形表示4 詳細設計詳細設計整個程序分為三個

10、獨立的文檔，RationalNumber.h 文件中為有理數(shù)類 CRationalNumber的申明，RationalNumber.cpp 文件中包括有理數(shù)類的成員函數(shù)實現(xiàn)文件；main.cpp 文件包括程序的入口函數(shù)和測試數(shù)據(jù)。4.1 類的接口設計類的接口設計/RationalNumber.h 文件，實現(xiàn)類的聲明class CRationalNumber public:CRationalNumber (int nt=0,int dt=1); /帶有默認參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)聲明virtual CRationalNumber();public:int numtor; /分子int dentor; /分

11、母CRationalNumber operator+(CRationalNumber &rn); /加號運算符重載函數(shù)聲明CRationalNumber operator-(CRationalNumber &rn); /減號運算符重載函數(shù)聲明CRationalNumber operator*(CRationalNumber &rn); /乘號運算符重載函數(shù)聲明CRationalNumber operator/(CRationalNumber &rn); /除號運算符重載函數(shù)聲明float ConvertFloat(); /將有理數(shù)轉(zhuǎn)換成浮點數(shù);ostream&a

12、mp; operator (ostream &,RationalNumber &); /重載流插入運算符，使分數(shù)以(a/b)形式輸出函數(shù)聲明類 CRationalNumber 設計了一個帶有默認構(gòu)造參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，方便用戶構(gòu)造有理數(shù)。同時設計了 4 個重載函數(shù)，可以讓使用者像使用普通整數(shù)那樣對有理數(shù)運算進行操作，大大的提高了使用簡潔性。4.2 類的實現(xiàn)類的實現(xiàn)/ RationalNumber.cpp 文件，類實現(xiàn)#include stdafx.h#include RationalCompute.h#include RationalNumber.h/ Construction/D

13、estruction/CRationalNumber:CRationalNumber(int nt,int dt) /帶有默參數(shù)構(gòu)造函數(shù)的定義int temp,num,n,d;n=nt;d=dt;if(nnumtor*rn.dentor+rn.numtor*this-dentor;temp.dentor=this-dentor*rn.dentor;int temp1,num,n,d;n=temp.numtor;d=temp.dentor;if(nnumtor*rn.dentor-rn.numtor*this-dentor;temp.dentor=this-dentor*rn.dentor;in

14、t temp1,num,n,d;n=temp.numtor;d=temp.dentor;if(nnumtor*rn.numtor;temp.dentor=this-dentor*rn.dentor;int temp1,num,n,d;n=temp.numtor;d=temp.dentor;if(nnumtor*rn.dentor;temp.dentor=this-dentor*rn.numtor;int temp1,num,n,d;n=temp.numtor;d=temp.dentor;if(nnumtor)/float(this-dentor);return (temp);ostream&a

15、mp; operator (ostream &output,RationalNumber &rn) /重載流插入運算符的定義，使分數(shù)以(a/b)形式輸出if(rn.dentor=0) /分母是 0 輸出 errorcouterror!0 & rn.dentor0)output-rn.numtor/-rn.dentor;elseoutputrn.numtor/rn.dentor;return output;在類的構(gòu)造函數(shù)中，對用戶輸入的數(shù)據(jù)進行了求最大公約數(shù)處理，使輸入數(shù)據(jù)看起來最簡潔化。而且在所有的運算操作中都對錯誤的數(shù)據(jù)（如分母為 0）的情況進行了處理。由于運算符比較

16、特殊，所以沒有將重載符放入類的成員函數(shù)中，而是作為全局函數(shù)來處理，避免與 cout的沖突。4.3 主函數(shù)設計主函數(shù)設計/main.cpp 主函數(shù)#include RationalNumber. h int main()cout .oO 歡迎使用有理數(shù)計算器 Oo. 請根據(jù)提示輸入運算數(shù)據(jù)！ endl; int n1,n2,m1,m2; coutnn 請輸入第一個分數(shù)的分子與分母:n1n2; cout請輸入第二個分數(shù)的分子與分母:m1m2; RationalNumber rn1(n1,n2); /定義類的對象 rn1 并指定分子與分母值 RationalNumber rn2(m1,m2); /定

17、義類的對象 rn2 并指定分子與分母值RationalNumber rn3,rn4,rn5,rn6; /定義類的對象 rn3,rn4,rn5,rn6 不指定分子與分母，用默認參數(shù)對其初始化 /調(diào)用以浮點形式輸出分數(shù)函數(shù)rn3=rn1+rn2; /調(diào)用加號重載函數(shù)rn4=rn1-rn2; /調(diào)用減號重載函數(shù)rn5=rn1*rn2; /調(diào)用乘號重載函數(shù)rn6=rn1/rn2; /調(diào)用除號重載函數(shù)coutrn1 加 rn2 等于: rn3 或者 ; /調(diào)用流插入運算符,使分數(shù)以(a/b)形式輸出rn3.showfloat(); /調(diào)用以浮點形式輸出分數(shù)函數(shù)coutrn1 減 rn2 等于: rn4

18、或者 ; /調(diào)用流插入運算符,使分數(shù)以(a/b)形式輸出rn4.showfloat(); /調(diào)用以浮點形式輸出分數(shù)函數(shù)coutrn1 乘 rn2 等于: rn5 或者 ; /調(diào)用流插入運算符,使分數(shù)以(a/b)形式輸出rn5.showfloat(); /調(diào)用以浮點形式輸出分數(shù)函數(shù)coutrn1 除 rn2 等于: rn6 或者 ; /調(diào)用流插入運算符,使分數(shù)以(a/b)形式輸出rn6.showfloat(); /調(diào)用以浮點形式輸出分數(shù)函數(shù)cout-計算完成,請按任意鍵退出系統(tǒng)！endl;getchar();getchar(); return 0;在程序的主函數(shù)部分，選擇了讓用戶輸入操作數(shù)據(jù)的方

19、式來互動，當用戶根據(jù)提示來輸入相應的數(shù)據(jù)后，程序會自動運算出每組數(shù)據(jù)的所有操作結(jié)果，如果用戶輸入數(shù)據(jù)有錯誤，則會顯示出錯誤信息。 5 運行結(jié)果與分析運行結(jié)果與分析5.1 程序運行結(jié)果程序運行結(jié)果當輸入正確無誤的數(shù)據(jù)后，程序運行結(jié)果如圖 5.1 所示。圖圖 5.1 程序運行結(jié)果程序運行結(jié)果從圖 2 中可以看出，當輸入正確的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)能正確無誤的計算出有理數(shù)相加，相減，相乘，相除的結(jié)果，并能正確轉(zhuǎn)換成小數(shù)形式。 當輸入有誤的數(shù)據(jù)，如分母為 0 的時候，程序運行結(jié)果如圖 5.2 所示。圖圖 5.2 程序運行結(jié)果（錯誤數(shù)據(jù)源）程序運行結(jié)果（錯誤數(shù)據(jù)源）從圖 5.2 中可以看出，當輸入錯誤的數(shù)據(jù)后，程

20、序會檢測出錯誤數(shù)據(jù)源，證明了程序的健壯性。當輸入的數(shù)據(jù)分子和分母最大公約數(shù)不為 1 的情況下，程序運行結(jié)果如圖 5.3所示：圖圖 5.3 程序運行結(jié)果（有公約數(shù)）程序運行結(jié)果（有公約數(shù)）5.2 運行結(jié)果分析運行結(jié)果分析首先當向程序輸入正確的數(shù)據(jù)源后，程序能準確快速的計算出 4 則運算的結(jié)果，當向程序輸入分母為 0 的錯誤的數(shù)據(jù)后，程序也同樣能夠識別。當向程序中輸入的分子分母有最大公約數(shù)，并且最大公約數(shù)不為 1 的情況下，說明分數(shù)可以化簡，程序也能很好的識別并給出正確的結(jié)果。從運行結(jié)果來分析，設計的有理數(shù)類完全滿足于需求PART II6 基于基于 MFC 的圖形界面程序開發(fā)的圖形界面程序開發(fā)6.

21、1 基于基于 MFC 的圖形界面程序設計的圖形界面程序設計MFC 的圖形界面程序設計可在上述類設計的基礎上進行改造，MFC 的圖形界面程序與 DOS 界面程序的主要不同點是：MFC 圖形界面程序與 DOS 界面程序的輸入輸出方式不同，DOS 界面程序采用字符交互式實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出，主要通過 cin，cout 等 I/O 流實現(xiàn)，而 MFC 的圖形程序界面采用標準 Windows 窗口和控件實現(xiàn)輸入輸出，因此必須在 MFC 類的框架下加入上面所設計的矩陣和方程組類，并通過圖形界面的輸入輸出改造來完成。（1）界面設計）界面設計首先在 VC 中建立 MFC AppWizard(exe)工程，名稱為

22、RationalCompute，并在向?qū)У腟tep1 中選擇 Dialog based，即建立基于對話框的應用程序，如下圖 6.1 所示圖圖 6.1 建立建立 MFC AppWizard(exe)工程工程在彈出的 MFC AppWizard 對話框中，選擇單文檔應用程序，其他使用默認值如圖 6.2，點擊完成。圖圖 6.2 選擇文檔類型選擇文檔類型建立應用程序工程骨架，點擊確定。如圖 6.3圖圖 6.3 建立工程骨架建立工程骨架此程序已經(jīng)具備了常見的程序外觀，如標題欄，菜單欄，工具欄，狀態(tài)欄和視圖區(qū)，程序的框架已經(jīng)構(gòu)建起來了。可以在 VC+環(huán)境中看到 App Wizard 已經(jīng)生成 5 個類，如

23、圖 6.4 圖圖 6.4，應用程序類視圖，應用程序類視圖（2）代碼設計）代碼設計在 CMyView 類視圖里添加畫筆，畫出生命游戲中的游戲界面，定義時間函數(shù)，定義更新速度以及生命游戲的游戲規(guī)則，代碼如下：void CMyView:paint(CDC *p)int a,b,i,j;for(i=0;i20;i+)for(j=0;jEllipse(i*30,j*30,i*30+30,j*30+30);CBrush c;c.CreateSolidBrush(RGB(0,255,0); p-SelectObject(c);srand(int)time(NULL);for(int x=0;xEllipse

24、(a*30,b*30,a*30+30,b*30+30); float time2; char str20; time2=(float)(time1)/1000.0; sprintf(str,更新速度：%.2f 秒,time2); p-TextOut(20,630,str,strlen(str);DeleteObject(c);void CMyView:paint1(CDC *p) int i,j;for(i=0;i20;i+)for(j=0;j20;j+)int num=0;for(int i1=0;i13;i1+)for(int j1=0;j1SelectObject(c);p-Ellips

25、e(i*30,j*30,i*30+30,j*30+30);if(num1=1)m1i+1j+1=1;elsemi+1j+1=1;DeleteObject(c);else if(num=2)if(num1=1)m1i+1j+1=mi+1j+1;elsemi+1j+1=m1i+1j+1;/*HBRUSH c; if(mi+1j+1=1) c=CreateSolidBrush(RGB(0,255,0); :SelectObject(hdc,c);else c=CreateSolidBrush(RGB(255,255,255); :SelectObject(hdc,c); :Ellipse(hdc,i

26、*30,j*30,i*30+30,j*30+30); :DeleteObject(c);*/elseCBrush c; c.CreateSolidBrush(RGB(255,255,255); p-SelectObject(c);p-Ellipse(i*30,j*30,i*30+30,j*30+30);if(num1=1)m1i+1j+1=0;elsemi+1j+1=0;DeleteObject(c);if(num1=1)num1=0;elsenum1=1;void CMyView:OnDraw(CDC* pDC)CMyDoc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALI

27、D(pDoc);paint(pDC);/ TODO: add draw code for native data here/ CMyView diagnostics#ifdef _DEBUGvoid CMyView:AssertValid() constCView:AssertValid();void CMyView:Dump(CDumpContext& dc) constCView:Dump(dc);CMyDoc* CMyView:GetDocument() / non-debug version is inlineASSERT(m_pDocument-IsKindOf(RUNTIM

28、E_CLASS(CMyDoc);return (CMyDoc*)m_pDocument;#endif /_DEBUG/ CMyView message handlersvoid CMyView:OnTimer(UINT nIDEvent) CDC *p;p=GetDC(); paint1(p);CView:OnTimer(nIDEvent);void CMyView:OnFileNew() SetTimer(1,time1,NULL);void CMyView:OnFileOpen() KillTimer(1);void CMyView:OnM1() CDC *p; p=GetDC(); Ki

29、llTimer(1); time1=time1/10; float time2; char str20; time2=(float)(time1)/1000.0; sprintf(str,更新速度：%.2f 秒,time2); p-TextOut(20,630,str,strlen(str); SetTimer(1,time1,NULL);void CMyView:OnM2() CDC *p; p=GetDC(); KillTimer(1); time1=time1*10; float time2; char str20; time2=(float)(time1)/1000.0; sprint

30、f(str,更新速度：%.2f 秒,time2); p-TextOut(20,630,str,strlen(str); SetTimer(1,time1,NULL); 6.2 測試程序測試程序游戲界面如下圖 6.5，此時游戲未開始，點擊開始游戲，則游戲開始，玩家可通過暫停，加速，減速參與游戲，游戲界面上的細胞根據(jù)運動規(guī)律每秒更新一次，則形成了一幅時刻變化的圖。變化中的生命游戲圖如圖 6.6，6.7.圖圖 6.5 游戲開始界面游戲開始界面 圖圖 6.6 圖圖 6.76.3 MFC 程序編寫總結(jié)程序編寫總結(jié)MFC 程序與控制臺程序最大的區(qū)別就是界面，由于 MFC 是一個微軟公司提供的類庫（clas

31、s libraries） ，以 C+類的形式封裝了 Windows 的 API，并且包含一個應用程序框架。其中包含的類包含大量 Windows 句柄封裝類和很多Windows 的內(nèi)建控件和組件的封裝類。所以傳統(tǒng)的控制臺程序只需要學習 C+就能編寫，但 MFC 程序必須要先熟悉 windows 編程，這也是初學者最大的挑戰(zhàn)。不熟悉 windows 編程可以說是對 MFC 程序無從下手，本系統(tǒng)采用的是MFC 的對話框架構(gòu)，相比于文本文檔模式來講，要簡單易懂些。MFC 提供的對話框模板大大提高了用戶體驗的滿意度和友好度，所以 MFC 必將為 windows程序員必學的類庫。通過本次課程設計的開發(fā)，使

32、我初步掌握了 windows 程序設計的竅門，也了解了與傳統(tǒng)控制臺程序之前的差別，可以說 C+是基礎，會 windows 編程才能寫出更友好實用的應用軟件來。通過面向?qū)ο蟮姆庋b與設計實踐，是我更進一步理解了什么是面向?qū)ο缶幊獭Ｓ捎诒菊n程設計要求的主要功能比較簡單，所以我相信這只是我學習中的一個小臺階，我將以此為基石，在今后的學習過程中不斷總結(jié)和進步，寫希望老師能給予批評指正。7 參考文獻參考文獻1徐士良. C 常用算法程序集. 北京:清華大學出版社,19952鄭莉,董淵,張瑞豐. C+語言程序設計(第 3 版). 北京:清華大學出版社,20073錢能. C+程序設計教程(第二版). 北京:清華大學出版社,20074陳志泊,王春玲. 面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言C+. 北京:人民郵電出版社,20025李慶揚,王能超,易大義. 數(shù)值分析. 湖北:華中理工大學出版社,19866李愛華,程磊 面向?qū)ο蟪绦蛟O計 C+語言 清華大學出版社,20107馬秀麗,劉志嫵,李筠 C 語言程序設計 清華大學出版社,2008