用C++实现简单随机二元四则运算
让我们想看看二元四则运算都需要实现什么：
（1） 定制题目数量
（2） 是否有乘除法
（3） 题目数值范围
（4） 加减有无负数
（5） 除法有无余数
（6） 是否支持分数（真分数、假分数…）
（7） 是否支持小数（精确到多少位？）
（8） 打印中每行的间隔
为了实现以上功能，并且为了便于后期实现功能拓展，我们可以将其封装成类，通过在外界设置类的参数，实现不同的功能。可以将类定义如下：
class CTitle
{
public:
CTitle();
~CTitle();
void setTitleCount(int titleCount); // 设置题量
void setMD(int hasMD); // 设置乘除法
void setBracket(int hasBracket); // 设置括号
void setNumRand(int numRand); // 设置数值范围
void setMinus(int hasMinus); // 设置负号
void setResidue(int hasResidue); // 设置余数
void setFraction(int hasFraction); // 设置分数
void setFractionType(int fractionType); // 设置是否支持假分数
void setDecimal(int hasDecimal); // 设置小数
void setDecimalLong(int decimalLong); // 设置小数位数
void newTitle(); // 新建题目
private:
int titleCount; // 题目数量
int hasMD; // 是否有乘除法
int hasBracket; // 是否有括号
int numRand; // 数值范围
int hasMinus; // 加减有无负数
int hasResidue; // 除法有无余数
int hasFraction; // 是否支持分数
int fractionType; // 是否支持假分数
int hasDecimal; // 是否支持小数
int decimalLong; // 小数位数
int decimalLongPow; // 小数位数 void newIntegerFormula(); // 新建整数运算公式
void newDecimalFormula(); // 新建小数运算公式
void newFractionFormula(); // 新建分数运算公式
void recordTitle(string szTitle); // 记录题目至文件
void recordAnswer(string szAnswer); // 记录答案至文件
void reduceFraction(int &nume, int &deno);// 化简分数
};
接下来，我们需要实现类的功能接口，并且对类的属性实现初始化
CTitle::CTitle()
{
titleCount = ; // 题量
hasMD = ; // 是否有乘除法
numRand = ; // 数值范围
hasMinus = ; // 加减有无负数
hasResidue = ; // 除法有无余数
hasFraction = ; // 是否支持分数
fractionType = ; // 是否支持假分数
hasDecimal = ; // 是否支持小数
decimalLong = ; // 小数位数
decimalLongPow = ; // 小数位数
}
CTitle::~CTitle()
{
}
// 设置行间距
void CTitle::setTitleCount(int titleCount)
{
this->titleCount = titleCount;
}
// 设置乘除法
void CTitle::setMD(int hasMD)
{
this->hasMD = hasMD;
}
// 设置数值范围
void CTitle::setNumRand(int numRand)
{
this->numRand = numRand;
}
// 设置负号
void CTitle::setMinus(int hasMinus)
{
this->hasMinus = hasMinus;
}
// 设置余数
void CTitle::setResidue(int hasResidue)
{
this->hasResidue = hasResidue;
}
// 设置分数
void CTitle::setFraction(int hasFraction)
{
this->hasFraction = hasFraction;
}
// 设置是否支持假分数
void CTitle::setFractionType(int fractionType)
{
this->fractionType = fractionType;
}
// 设置小数
void CTitle::setDecimal(int hasDecimal)
{
this->hasDecimal = hasDecimal;
}
// 设置小数位数
void CTitle::setDecimalLong(int decimalLong)
{
this->decimalLong = decimalLong;
this->decimalLongPow = pow(, decimalLong);
}
接着，我们为类添加方法，让类可以按需求生成不同类型的运算题目。那么，如何才能使类可以随机生成不同类型的运算呢？通过对题目进行分析，我们发现所有可能出现的运算类型共有4中，他们分别是：
（1）整数运算
（2）整数运算 & 小数运算
（3）整数运算 & 分数运算
（4）整数运算 & 分数运算 & 小数运算
void CTitle::newTitle()
{
srand(time());
int numType = + hasDecimal + hasFraction;
int titleType = ;
for (int i = ; i < titleCount; i++)
{
switch(numType)
{
// 运算中仅有整数运算
case :
newIntegerFormula();
break;
// 运算中包含包含两种运算，整数+小数 或 整数+分数
case :
titleType = rand() % + ;
if (titleType == )
{
newIntegerFormula();
}
else
{
if (hasDecimal == )
{
newDecimalFormula();
}
else if (hasFraction == )
{
newFractionFormula();
}
}
break;
// 运算中包含小数运算和分数运算
case :
titleType = rand() % + ;
if (titleType == )
{
newIntegerFormula();
}
else if (titleType == )
{
newDecimalFormula();
}
else
{
newFractionFormula();
}
break;
}
}
}
接下来我们需要解决的问题就是如何生成整数运算、小数运算以及分数运算并计算其结果。在本例中，我们用文件分别对运算表达式和运算结果进行存储。将表达式存储于Title.txt文件内，将运算结果存储于Answer.txt文件内。
所以，我们先要在Ctitle的构造函数内加入如下代码，以保证每次类初始化时文件内容会被清空。
FILE *fp = NULL;
errno_t err;
if ((err = fopen_s(&fp, "Title.txt", "w")) == )
{
fclose(fp);
}
if ((err = fopen_s(&fp, "Answer.txt", "w")) == )
{
fclose(fp);
}
并且增加写入表达式和写入答案的方法
// 记录题目至文件
void CTitle::recordTitle(string szTitle)
{
FILE *fp = NULL;
errno_t err;
if ((err = fopen_s(&fp, "Title.txt", "a")) == )
{
fprintf_s(fp, "%s\n", szTitle.c_str());
fclose(fp);
}
}
// 记录答案至文件
void CTitle::recordAnswer(string szAnswer)
{
FILE *fp = NULL;
errno_t err;
if ((err = fopen_s(&fp, "Answer.txt", "a")) == )
{
fprintf_s(fp, "%s\n", szAnswer.c_str());
fclose(fp);
}
}
接下来我们实现创建整数运算的方法，在这里与要注意以下问题：
（1）除法运算时，除数不能为0
（2）若运算不能还有余数，要保证生成的除法运算均可以整除
（3）若运算可以还有余数，要保证生成的结果为: 5 ÷ 2 = 2...1 ，而非2.5
// 新建整数运算公式
void CTitle::newIntegerFormula()
{
string szTitle = "";
string szAnswer = "";
char caTitle[] = { "" };
char caAnswer[] = { "" };
int num1 = rand() % numRand + ;// 随机整数1，默认是正数
int num2 = rand() % numRand + ;// 随机整数2，默认是正数
int op = rand() % + ; // 运算符，默认仅有加减运算
// 设置四则运算
if (hasMD == )
{
op = rand() % + ;
}
switch (op)
{
case :
// 加减运算中包含负数
if (hasMinus == )
{
num1 = rand() % (numRand * ) - numRand;
num2 = rand() % (numRand * ) - numRand;
}
if (num2 < )
{
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d＋(%d)", num1, num2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
sprintf_s(caAnswer, "%d", num1+num2);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
else
{
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d＋%d", num1, num2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
sprintf_s(caAnswer, "%d", num1 + num2);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
break;
case :
// 加减运算中包含负数
if (hasMinus == )
{
num1 = rand() % (numRand * ) - numRand;
num2 = rand() % (numRand * ) - numRand;
}
if (num2 < )
{
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d-(%d)", num1, num2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
sprintf_s(caAnswer, "%d", num1 - num2);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
else
{
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d－%d", num1, num2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
sprintf_s(caAnswer, "%d", num1 - num2);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
break;
case :
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d×%d", num1, num2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
sprintf_s(caAnswer, "%d", num1 * num2);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
break;
case :
// 除数为0
while (num2 == )
{
num2 = rand() % numRand + ;
}
// 无余数的除法
if(hasResidue == )
{
// 保证可以整除
while (num1 % num2 != )
{
num1 = rand() % numRand + ;
}
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d÷%d", num1, num2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
sprintf_s(caAnswer, "%d", num1 / num2);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
// 有余数的除法
else
{
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d÷%d", num1, num2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
sprintf_s(caAnswer, "%d...%d", num1 / num2, num1 % num2);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
break;
} }
接下来实现小数运算，在这里，小数的位数是可以自主选定的，所以如果小数位数选择的是2位，那么在记录如文件时也要保证多余位数不会被记录。如double类型默认写入文件是2.510000，那我们只能保留2.51，并将保留后的结果写入文件。
// 新建小数运算公式
void CTitle::newDecimalFormula()
{
string szTitle = "";
string szAnswer = "";
string szOp = "";
string szNum1 = "";
string szNum2 = "";
char caTitle[] = { "" };
char caAnswer[] = { "" };
char caNum1[] = { "" };
char caNum2[] = { "" };
double dAnswer = ;
int num1 = rand() % numRand + ;// 随机整数1，默认是正数
int num2 = rand() % numRand + ;// 随机整数2，默认是正数
double dotNum1 = (rand() % (decimalLongPow) +);// 随机小数1
double dotNum2 = (rand() % (decimalLongPow)+);// 随机小数2
int op = rand() % + ; // 运算符，默认仅有加减运算
dotNum1 = dotNum1 / decimalLongPow;
dotNum2 = dotNum2 / decimalLongPow;
sprintf_s(caNum1, "%lf", num1 + dotNum1);
szNum1 += caNum1;
szNum1 = szNum1.substr(, szNum1.length() - + decimalLong);
sprintf_s(caNum2, "%lf", num2 + dotNum2);
szNum2 += caNum2;
szNum2 = szNum2.substr(, szNum2.length() - + decimalLong);
// 设置四则运算
if (hasMD == )
{
op = rand() % + ;
}
switch (op)
{
case :
// 加减运算中包含负数
if (hasMinus == )
{
num1 = rand() % (numRand * ) - numRand;
num2 = rand() % (numRand * ) - numRand;
szNum1 = "";
szNum2 = "";
sprintf_s(caNum1, "%lf", num1 + dotNum1);
szNum1 += caNum1;
szNum1 = szNum1.substr(, szNum1.length() - + decimalLong);
sprintf_s(caNum2, "%lf", num2 + dotNum2);
szNum2 += caNum2;
szNum2 = szNum2.substr(, szNum2.length() - + decimalLong);
}
if (num2 < )
{
// 记录题目
szOp = "＋";
szNum2 = "(" + szNum2 + ")";
// 记录答案
dAnswer = num1 + dotNum1 + num2 + dotNum2;
}
else
{
// 记录题目
szOp = "＋";
// 记录答案
dAnswer = num1 + dotNum1 + num2 + dotNum2;
}
break;
case :
// 加减运算中包含负数
if (hasMinus == )
{
num1 = rand() % (numRand * ) - numRand;
num2 = rand() % (numRand * ) - numRand;
szNum1 = "";
szNum2 = "";
sprintf_s(caNum1, "%lf", num1 + dotNum1);
szNum1 += caNum1;
szNum1 = szNum1.substr(, szNum1.length() - + decimalLong);
sprintf_s(caNum2, "%lf", num2 + dotNum2);
szNum2 += caNum2;
szNum2 = szNum2.substr(, szNum2.length() - + decimalLong);
}
if (num2 < )
{
// 记录题目
szOp = "－";
szNum2 = "(" + szNum2 + ")";
// 记录答案
dAnswer = num1 + dotNum1 - num2 - dotNum2;
}
else
{
// 记录题目
szOp = "－";
// 记录答案
dAnswer = num1 + dotNum1 - num2 - dotNum2;
}
break;
case :
// 记录题目
szOp = "×";
// 记录答案
dAnswer = (num1 + dotNum1) * (num2 + dotNum2);
break;
case :
// 除数为0
while (num2 == && dotNum2 == )
{
num2 = rand() % numRand + ;
dotNum2 = (rand() % (decimalLong)+);
}
// 记录题目
szOp = "÷";
// 记录答案
dAnswer = (num1 + dotNum1) / (num2 + dotNum2);
break;
}
// 记录题目
szTitle = szNum1 + szOp + szNum2;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
sprintf_s(caAnswer, "%lf", dAnswer);
szAnswer += caAnswer;
szAnswer = szAnswer.substr(, szAnswer.length() - + decimalLong);
recordAnswer(szAnswer); }
最后需要进行的就是生成分数，在这里，我们需要注意：
（1）是否进行假分数的运算
（2）要对分数的运算结果进行约分，将分数化为最简。并且将假分数化简。如5/2要化简为2‘1/2（二又二分之一）
// 新建分数运算
void CTitle::newFractionFormula()
{
string szTitle = "";
string szAnswer = "";
char caTitle[] = { "" };
char caAnswer[] = { "" };
int deno1 = rand() % numRand + ;// 随机分母1，默认是正数
int deno2 = rand() % numRand + ;// 随机分母2，默认是正数
int nume1 = rand() % numRand + ;// 随机分子1，默认是正数
int nume2 = rand() % numRand + ;// 随机分子2，默认是正数
int nweNume = ;
int nweDeno = ;
// 支持假分数
if (fractionType == )
{
// 分母为0或1
while (deno1 == || deno1 == )
{
deno1 = rand() % numRand + ;
}
while (deno2 == || deno1 == )
{
deno2 = rand() % numRand + ;
}
}
// 不支持假分数
if (fractionType == )
{
// 分母为0或1
while (nume1 == || nume1 == )
{
nume1 = rand() % numRand + ;
}
while (nume2 == || nume2 == )
{
nume2 = rand() % numRand + ;
}
if (deno1 < nume1)
{
int temp = deno1;
deno1 = nume1;
nume1 = temp;
}
if (deno2 < nume2)
{
int temp = deno2;
deno2 = nume2;
nume2 = temp;
}
}
int op = rand() % + ; // 运算符，默认仅有加减运算
// 设置四则运算
if (hasMD == )
{
op = rand() % + ;
}
switch (op)
{
case :
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d/%d＋%d/%d", nume1, deno1, nume2, deno2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
nweNume = nume1*deno2 + deno1*nume2;
nweDeno = deno1*deno2;
break;
case :
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d/%d－%d/%d", nume1, deno1, nume2, deno2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
nweNume = nume1*deno2 - deno1*nume2;
nweDeno = deno1*deno2;
reduceFraction(nweNume, nweDeno);
break;
case :
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d/%d×%d/%d", nume1, deno1, nume2, deno2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
nweNume = nume1*nume2;
nweDeno = deno1*deno2;
break;
case :
// 记录题目
sprintf_s(caTitle, "%d/%d÷%d/%d", nume1, deno1, nume2, deno2);
szTitle += caTitle;
recordTitle(szTitle);
// 记录答案
nweNume = nume1*deno2;
nweDeno = deno1*nume2;
break;
}
reduceFraction(nweNume, nweDeno); // 化简
if (nweNume == )
{
recordAnswer("");
}
else if (nweDeno == )
{
sprintf_s(caAnswer, "%d", nweNume);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
else if (nweNume < nweDeno)
{
sprintf_s(caAnswer, "%d/%d", nweNume, nweDeno);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
else if (nweNume > nweDeno)
{
if (nweNume%nweDeno != )
{
sprintf_s(caAnswer, "%d'%d/%d", nweNume / nweDeno, nweNume%nweDeno, nweDeno);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
else
{
sprintf_s(caAnswer, "%d", nweNume / nweDeno);
szAnswer += caAnswer;
recordAnswer(szAnswer);
}
}
else
{
recordAnswer("");
}
}
// 化简分数
void CTitle::reduceFraction(int &nume, int &deno)
{
int temp;
int a = nume;
int b = deno;
int gcd = ; // 最大公约式
if (a < b)
{
temp = a;
a = b;
b = temp;
}
while (b != )
{
temp = a % b;
a = b;
b = temp;
}
gcd = a;
nume = nume / gcd;
deno = deno / gcd;
}
至此，我们的类就编写完成了。接下来只需要在主函数生成类，并进行类方法的调用就行了。
#include "iostream"
#include "time.h"
#include "CTitle.h"
#include "CTitle.h"
using namespace std;
void setting();
CTitle title;
int lineSpacing = ;
int main()
{
setting();
title.newTitle();
// 从文件打印题目
FILE *fp = NULL;
FILE *fp2 = NULL;
errno_t err;
char caTitle[];
char caAnsewr[];
char myansewr[];
int mark = ;
if ((err = fopen_s(&fp, "Title.txt", "r")) == && (err = fopen_s(&fp2, "Answer.txt", "r")) == )
{
// 读取题目
while ((fscanf_s(fp, "%s", caTitle, ) != EOF))
{
// 读取答案
fscanf_s(fp2, "%s", caAnsewr, );
do
{
cout << caTitle << " = ";
cin >> myansewr;
if (strcmp(myansewr, caAnsewr) == )
{
cout << "√" << endl;
mark = ;
}
else
{
cout << "×" << endl;
mark = ;
}
for (int i = ; i < lineSpacing; i++)
{
cout << endl;
}
} while (mark == );
}
cout << "恭喜你完成今日作业" << endl;
}
return ;
}
void setting()
{
int input = ;
cout << "请完成如下设置" << endl;
cout << "设置今日题量：";
cin >> input;
title.setTitleCount(input);
cout << endl;
cout << "设置数值范围绝对值：";
cin >> input;
title.setNumRand(input);
cout << endl;
do
{
cout << "加减有无负数，1有0无：";
cin >> input;
}
while (input != && input != );
title.setMinus(input);
cout << endl;
do
{
cout << "是否有乘除法，1有0无：";
cin >> input;
}
while (input != && input != );
title.setMD(input);
cout << endl;
if (input == )
{
do
{
cout << "整数除法有无余数，1有0无：";
cin >> input;
}
while (input != && input != );
title.setResidue(input);
cout << endl;
} do
{
cout << "是否支持小数，1有0无：";
cin >> input;
}
while (input != && input != );
title.setDecimal(input);
cout << endl;
if (input == )
{
cout << "设置小数位数(1~5)：";
cin >> input;
title.setDecimalLong(input);
cout << endl;
}
do
{
cout << "是否支持分数，1有0无：";
cin >> input;
}
while (input != && input != );
title.setFraction(input);
cout << endl;
if (input == )
{
cout << "设置是否支持假分数，1有0无：";
cin >> input;
title.setFractionType(input);
cout << endl;
}
cout << "设置打印行间隔：";
cin >> input;
lineSpacing = input;
cout << endl;
}
恩，对于这一次的作业，我只完成了二元式的生成和运算，没有涉及到多元式，所以没有写上括号生成与运算的问题。本来只是想简单写写，好久没有用C++写过程序了，没想到写着写着就写了这么多行，但好像也没有实现什么功能，只是保证了最基础的运行。还是要继续提升啊。
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