实现一个自动生成小学四则运算题目的命令行程序

C语言实现简单自动生成小学四则运算题目

作者：邱彬

协作者：麦狄龙（麦狄龙指导我指导他为指导我的指导人）

1.GitHub项目网址：

 https://github.com/QiuBin666/MyApp.exe

2.个人PSP

PSP（严格来说是基于团队的PSP）

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	10
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	20
Development	开发	1200
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	180
· Design Spec	· 生成设计文档	60
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	20
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	60
· Design	· 具体设计	120
· Coding	· 具体编码	360
· Code Review	· 代码复审	60
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	180
Reporting	报告	60
· Test Report	· 测试报告	60
· Size Measurement	· 计算工作量	10
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事后总结, 并提出过程改进计划	30
合计		2430

3.题目介绍与解题思路

3.1题目介绍：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 每道题目中出现的运算符个数不超过3个。

6. 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。

7. 生成的题目存入执行程序的当前目录下的Exercises.txt文件，格式如下：

   四则运算题目1

   四则运算题目2

   ……

   其中真分数在输入输出时采用如下格式，真分数五分之三表示为3/5，真分数二又八分之三表示为2’3/8。

   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，格式如下：

   1.答案1

   2.答案2

   特别的，真分数的运算如下例所示：1/6 + 1/8 = 7/24。

8. 程序应能支持一万道题目的生成。

9. 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 <exercisefile>.txt -a <answerfile>.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。

3.2解题思路：

1. 生成表达式：表达式由随机数和运算符两部分组成，运算符生成运用rand函数来随机生成一个1到4的变量，分别对应加号，减号，乘号，除号，当运算符为除号的时候我们采用了辗转相除法，写一个gcd函数来求出两个数的最大公约数，这样来实现输出分数的要求；随机数生成也运用rand函数来实现。

2. 生成题目文件和答案文件：先定义两个文件指针，指向相对应要写入的文件Answer.txt和Exercise.txt，然后生成文件并打开文件，通过fprinft函数将生成的题目和答案写入到相应的文件。

        3.  判定答案中的对错并进行数量统计：只需对前面生成的题目文件和答案文件进行操作，分三步：

            (1).计算题目的数量x：遍历Exercise.txt，遇到换行符x加1。

　　　 (2).分别读取Answer.txt和Exercise.txt的答案：读取等号右边的数据。

　　　 (3).判断第二步读取的两个答案是否相等，记录序号并生成Grade.txt文件。

4.设计实现过程

　

 5.关键代码展示与说明

主函数：

int main()
{
        int subnumber,max;
        int opnum;
        int caseone(int numb1,int numb2,int max,int i);        //函数的声明
        int casetwo(int numb1,int numb2,int numb3,int max,int i);
        FILE *fp;
        fp=fopen("Exercises.txt","w");
        fp=fopen("Answers.txt","w");            //建立文件
        fclose(fp);
        srand((unsigned)time(0));                //为保证每次运行程序的时候生成的题目都不一样
        printf("***************随机生成四则运算题目*****************************
");
        printf("1.使用 -n 参数控制生成题目的个数
");
        printf("2.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
");
        printf("请输入n：");
        scanf("%d",&subnumber); 
        printf("请输入r：");
        scanf("%d",&max); 
        printf("题目生成中，请稍后...
"); 
        for(i=1;i<=subnumber;i++)        //for循环生成题目
        {
            opnum=rand()%2+1;
            switch(opnum)        
            {
            case 1 :                            //当随机数是生成1个运算符时
                numb1=rand()%max;
                numb2=rand()%max;
                caseone(numb1,numb2,max,i);        //执行函数的同时得同时执行把表达式输出到txt文件中
                break;
            case 2 :            //当随机数是生成2个运算符时
                numb1=rand()%max;
                numb2=rand()%max;
                numb3=rand()%max;
                casetwo(numb1,numb2,numb3,max,i);
                break;    
            default:printf("ERROR
");
            }
        }
        char file1[10],file2[10],s[3];
        int *exe;
        int *an;
        printf("校对文件答案并生成Grade.txt文件
");
        printf("请输入练习文本：
"); 
        scanf("%s",file1);
        printf("请输入答案文本：
"); 
        scanf("%s",file2);
        int n;
        n=Count(file1);
        exe=(int*)malloc(n*sizeof(int));
        an=(int*)malloc(n*sizeof(int));
        GetAnswers(file1,exe);
        GetAnswers(file2,an);
        Put_Judge(exe,an,n);
        return 0;

}

子函数：

int numb1,numb2,numb3,i;    //随机生成的数值
int op1,op2;    //运算符
FILE *fp;    //指向答案文件 
FILE *fb;    //指向题目文件 

int gcd(int numb1,int numb2)    //辗转相除法 
{
        if(numb2==0) return numb1;
        return    gcd(numb2,numb1%numb2);    
}

int caseone(int numb1,int numb2,int max,int i)        
{    
        int gcd(int numb1,int numb2);
        int temp;    //中间值
        int result;
        op1=rand()%4+1;        //op1的生成值为1到4，分别对应加法，减法，乘法，除法
        fb=fopen("Exercises.txt","a");
        fp=fopen("Answers.txt","a");    //打开文件
        switch(op1){
            case 1:        //op1为1的时候，执行加法操作
                result=numb1+numb2;
                fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);        //写入文件
                fclose(fp);            //关闭文件
                fprintf(fb,"%d.%d+%d=%d
",i,numb1,numb2,result);        
                fclose(fb);    
                break;
            case 2 :        //op1为2的时候，执行减法操作；
                if(numb1<numb2)        //为保证结果不为零，当出现生成的被减数比减数小，进行两者值的交换
                {
                temp=numb1;
                numb2=numb1;
                numb1=temp;
                }
                result=numb1-numb2;
                fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                fclose(fp);
                fprintf(fb,"%d.%d-%d =%d
",i,numb1,numb2,result);
                fclose(fb);
                break;
            case 3 :        //op1为3的时候，执行乘法操作；
                result=numb1*numb2;
                fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                fclose(fp);
                fprintf(fb,"%d.%d*%d =%d
",i,numb1,numb2,result);
                fclose(fb);
                break;
            case 4 :        //op1为4的时候，执行除法操作；
                if(numb2==0)
                    numb2=rand()%max+1;
                temp=gcd(numb1,numb2);
                fprintf(fp,"%d.答案=%d/%d
",i,numb1/temp,numb2/temp);
                fclose(fp);
                fprintf(fb,"%d.%d/%d =%d/%d
",i,numb1,numb2,numb1/temp,numb2/temp);
                fclose(fb);
                break;
            default:printf("ERROR
");
        }
        return 0;
}

int casetwo(int numb1,int numb2,int numb3,int max,int i)
{    
        int gcd(int numb1,int numb2);
        int result, result1,temp,temp1;
        op1=rand()%4+1;        
        op2=rand()%4+1;                        //op1,op2的生成值为1到4，分别对应加法，减法，乘法，除法
        fp=fopen("Answers.txt","a");
        fb=fopen("Exercises.txt","a");
        switch(op1){
            case 1 :        
                switch(op2){
                case 1 :                    //op1,op2均为加法的情况
                    result1=numb1+numb2;
                    result=result1+numb3;
                    fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                    fclose(fp);
                    fprintf(fb,"%d.%d+%d+%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                    fclose(fb);
                    break;
                case 2 :                    //op1为加法,op2为减法的情况
                    result1=numb1+numb2;
                    if(result1<numb3)
                    {
                        temp=numb3;
                        numb3=numb2;
                        numb2=temp;
                    }
                    result=numb1+numb2-numb3;
                    fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                    fclose(fp);
                    fprintf(fb,"%d.%d+%d-%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                    fclose(fb);
                    break;
                case 3 :                    //op1为加法,op2为乘法的情况
                    result1=numb2*numb3;
                    result=numb1+result1;
                    fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                    fclose(fp);
                    fprintf(fb,"%d.%d+%d*%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                    fclose(fb);
                    break;
                case 4 :                    //op1为加法,op2为除法的情况
                    if(numb3==0)
                    {
                    numb3=rand()%max+1;
                    }
                    temp=gcd(numb2,numb3);
                    fprintf(fp,"%d.答案=%d'%d/%d
",i,numb1,numb2/temp,numb3/temp);
                    fclose(fp);
                    fprintf(fb,"%d.%d+%d/%d%=%d'%d/%d
",i,numb1,numb2,numb3,numb1,numb2/temp,numb3/temp);
                    fclose(fb);
                    break;
                default:printf("ERROR
");
                }
                break;
            case 2 :        
                switch(op2){
                    case 1 :                    //op1为减法,op2为加法的情况
                        if(numb1<numb2)            //为保证结果不为零，当出现生成的被减数比减数小，进行两者值的交换
                        {
                            temp=numb1;
                            numb2=numb1;
                            numb1=temp;
                        }
                        result=numb1-numb2+numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d-%d+%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 2 :                    //op1为减法,op2为减法的情况
                        do{
                        numb1=rand()%max;
                        numb2=rand()%max;
                        numb3=rand()%max;
                        }while((numb1-numb2-numb3)<=0);
                        result=numb1-numb2-numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d-%d-%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 3 :                    //op1为减法,op2为乘法的情况
                        do{
                        numb1=rand()%max;
                        numb2=rand()%max;
                        numb3=rand()%max;
                        }while((numb1-numb2*numb3)<0);
                        result=numb1-numb2*numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d-%d*%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 4 :                    //op1为减法,op2为除法的情况
                        do{
                        numb1=rand()%max;
                        numb2=rand()%max;
                        numb3=rand()%max;
                        }while((numb1-numb2/numb3)<0||numb3==0);
                        result=numb1-numb2/numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d-%d/%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                        fclose(fb);
                        break;
                default:printf("ERROR
");
                }
                break;
            case 3 :        
                switch(op2){
                    case 1 :                    //op1为乘法,op2为加法的情况
                        result=numb1*numb2+numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d*%d+%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 2 :                    //op1为乘法,op2为减法的情况
                        do{
                        numb1=rand()%max;
                        numb2=rand()%max;
                        numb3=rand()%max;
                        }while((numb1*numb2-numb3)<0);
                        result=numb1*numb2-numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d*%d-%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 3 :                    //op1为乘法,op2为乘法的情况
                        result=numb1*numb2*numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d*%d*%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 4 :                    //op1为乘法,op2为除法的情况
                        do{
                        numb3=rand()%max;
                        }while(numb3==0);
                        temp1=numb1*numb2;
                        temp=gcd(temp1,numb3);
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d/%d
",i,temp1/temp,numb3/temp);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d*%d/%d%=%d/%d
",i,numb1,numb2,numb3,temp1/temp,numb3/temp);
                        fclose(fb);
                        break;
                default:printf("ERROR
");
                }
                break;
            case 4 :        
                switch(op2){
                    case 1 :                    //op1为除法,op2为加法的情况
                        do{
                        numb2=rand()%max;
                        }while(numb2==0);
                        temp=gcd(numb1,numb2);
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d'%d/%d
",i,numb3,numb1/temp,numb2/temp);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d/%d+%d%=%d'%d/%d
",i,numb1,numb2,numb3,numb3,numb1/temp,numb2/temp);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 2 :                    //op1为除法,op2为减法的情况
                        do{
                        numb3=rand()%max;
                        }while(    (numb1/numb2-numb3)<0||numb2==0);
                        result=numb1/numb2-numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d
",i,result);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d/%d-%d%=%d
",i,numb1,numb2,numb3,result);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 3 :                    //op1为除法,op2为乘法的情况
                        do{
                        numb2=rand()%max;
                        }while(numb2==0);
                        temp1=numb1*numb3;
                        temp=gcd(temp1,numb2);
                        result=numb1/numb2*numb3;
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d/%d
",i,temp1/temp,numb2/temp);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d/%d*%d%=%d/%d
",i,numb1,numb2,numb3,temp1/temp,numb2/temp);
                        fclose(fb);
                        break;
                    case 4 :                    //op1为除法,op2为除法的情况
                        do{
                        numb2=rand()%max;
                        numb3=rand()%max;
                        }while(numb3==0||numb2==0);
                        result=numb1/numb2/numb3;
                        temp1=numb2*numb3;
                        temp=gcd(temp1,numb1);
                        fprintf(fp,"%d.答案=%d/%d
",i,numb1/temp,temp1/temp);
                        fclose(fp);
                        fprintf(fb,"%d.%d/%d/%d%=%d/%d
",i,numb1,numb2,numb3,numb1/temp,temp1/temp);
                        fclose(fb);
                        break;
                default:printf("ERROR
");
                }
                break;
            default:printf("ERROR
");
        }
        return 0;
}


int Count(char file[])  /*计算的题目数量*/ 
{
    FILE *fp1;
    char a;
    int x=0;
    if((fp1=fopen(file,"r"))==NULL)
    {
        printf("read file failed！
");
        exit(0);
    }
    while(!feof(fp1))
    {
        a=fgetc(fp1);
        if(a=='
')
            x++;
    }      
    fclose(fp1);
    return x;
}

void Put_Judge(int *str1,int *str2,int n) /* 答案判断对错函数*/ 
{
    int i,j;
    FILE *out;
    out=fopen("Grade.txt","w");
    for(i=0,j=0;i<n;i++)     /*对的个数*/ 
        if(*(str1+i)==*(str2+i))
        j++;    
    fprintf(out,"Correct:%d (",j);
    for(i=0;i<n;i++)     /*对的序号*/ 
    {
        if(*(str1+i)==*(str2+i))
        fprintf(out," %d ",(i+1));
    }
    fprintf(out,")
");
     fprintf(out,"Wrong:%d (",(n-j));
    for(i=0;i<n;i++)  /*错的序号*/ 
    {
        if(*(str1+i)!=*(str2+i))
        fprintf(out," %d ",(i+1));
    }
    fprintf(out,")
");
    fclose(out);
    printf("OK");
}

void GetAnswers(char infile[],int *str)  /*读取学生答案的函数*/ 
{
    FILE *in;
    char a;
    int i=0;
if((in=fopen(infile,"r"))==NULL)
    {
       printf("read file failed！
"); 
       exit(0);
    } 
    while(!feof(in))
    {
        *(str+i)=0;
        a=fgetc(in);        
        if(a!='=') 
        continue;
        while(1)
        {
            a=fgetc(in);
            if(a=='
')break;
            *(str+i)*=10;    
            *(str+i)+=(a-48);
        }
            printf("%d ",*(str+i));
            i++;
    }
    printf("
");
    fclose(in);
}

6.测试运行

生成10道题目：

 

 生成100道题目：

 

 生成10000道题目：

 

 故意将前三道题目答案改错：

7.项目完结个人PSP

 

PSP2.1	Personal Software Process Stages	预估耗时（分钟）	实际耗时（分钟）
Planning	计划	10	10
· Estimate	· 估计这个任务需要多少时间	20	10
Development	开发	1200	1200
· Analysis	· 需求分析 (包括学习新技术)	180	120
· Design Spec	· 生成设计文档	60	30
· Design Review	· 设计复审 (和同事审核设计文档)	20	30
· Coding Standard	· 代码规范 (为目前的开发制定合适的规范)	60	60
· Design	· 具体设计	120	150
· Coding	· 具体编码	360	390
· Code Review	· 代码复审	60	90
· Test	· 测试（自我测试，修改代码，提交修改）	180	210
Reporting	报告	60	90
· Test Report	· 测试报告	60	30
· 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	30
合计		2430	2460

8.项目小结：

收获：更熟悉psp的操作方法，对c语言文件读写方法有了更深的理解，是一次很好的打码练习，同时作为合作项目，认识到1+1>2的道理，队友的作用不在于分担了多少代码量，关键时刻的提醒和建议往往起到事半功倍的作用。

不足：部分功能未能实现，个人能力需要加强。