C++課程設(shè)計報告--小型特殊計算器

課程設(shè)計任務(wù)書姓 名張建文學 號5011209210班 級計算機科學與技術(shù)13-2課程名稱C+語言程序設(shè)計課程性質(zhì)設(shè)計時間 2010 年 6 月 21 日 2010 年 6月 28 日設(shè)計名稱小型特殊計算器設(shè)計要求設(shè)計思路與設(shè)計過程計劃與進度任課教師意 見說 明課程設(shè)計報告課程：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計學號： 5011209210 姓名： XXXX班級： 計算機科學學與技術(shù)13-2班 教師： 牛榮 XXX大學計算機科學與技術(shù)學院課程設(shè)計名稱：小型特殊計算器1.設(shè)計內(nèi)容：實現(xiàn)一個特殊的計算器，可以實現(xiàn)復(fù)數(shù)、有理數(shù)、矩陣和集合的特殊計算。程序可以實現(xiàn)復(fù)數(shù)、有理數(shù)的加、減、乘、除，可以實現(xiàn)矩陣的加法、減法和乘法運算，也可以實現(xiàn)集合的求交集、并集、子集的運算。2.設(shè)計目的與要求：2.1設(shè)計目的達到熟練掌握C+語言的基本知識和技能； 基本掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本思路和方法； 能夠利用所學的基本知識和技能，解決簡單的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計問題。2.2設(shè)計要求要求利用面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ约癈+的編程思想來完成系統(tǒng)的設(shè)計； 要求在設(shè)計的過程中，建立清晰的類層次； 在系統(tǒng)的設(shè)計中，至少要用到面向?qū)ο蟮囊环N機制。3.系統(tǒng)分析與設(shè)計3.1主要知識點運算符重載增加了C+語言的可擴充性。運算符的重載實際上就是一種函數(shù)調(diào)用的形式，可以用成員函數(shù)重載運算符，就是將運算符重載定義為一個類的成員函數(shù)的形式；也可以用友元函數(shù)重載。用友元重載運算符的友元函數(shù)是獨立于類以外的一般函數(shù)。3.2關(guān)鍵技術(shù)程序中每一種數(shù)據(jù)類型用一個類來實現(xiàn)，共設(shè)計了4個類。復(fù)數(shù)類complex，矩陣類matrix，有理數(shù)類rational以及集合類set。每一種類都定義了相應(yīng)的運算符重載函數(shù)。具體定義如下所示：（1）類complex類complex中，成員變量image表示虛部，real表示實部。成員函數(shù)print()用來顯示數(shù)據(jù)。運算符重載函數(shù)都是用友元函數(shù)來實現(xiàn)的。分別重載+、-、*、/運算符。（2）類matrix類matrix中，成員變量elems用來存放矩陣的所有元素，rows表示矩陣的行，cols表示矩陣的列。成員函數(shù)SetElems()用來給矩陣中的每一個元素賦值，Disp()用來顯示矩陣中的所有元素。其它友元函數(shù)分別重載+、-、*、/運算符。（3）類rational類rational中，有兩個成員變量：denominator用來表示有理數(shù)的分母，numerator表示有理數(shù)的分子。有理數(shù)成員函數(shù)print()用來顯示有理數(shù)，optimization()用來優(yōu)化有理數(shù)函數(shù)。友元函數(shù)real()用來將有理數(shù)轉(zhuǎn)換為實數(shù)，其它友元函數(shù)分別重載+、-、*、/運算符。（4）類set類set中，有兩個成員變量：elems用來存儲集合中的元素，card表示集合中元素的個數(shù)。成員函數(shù)print()用來輸出集合中的元素，additem()用來給集合增加元素。友元函數(shù)分別重載了&、=、!=、+、*、=運算符。程序中的運算符重載函數(shù)都用友元函數(shù)來實現(xiàn)。 類complex的友元函數(shù)復(fù)數(shù)的表達形式為a+bi，對復(fù)數(shù)進行運算符重載不像對一般書進行運算那樣簡單，它的運輸方法如下：加法：(a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i減法：(a+bi)-(c+di)=(a-c)+(b-d)i乘法：(a+bi)*(c-di)=(ac-bd)+(ad+bc)i除法：(a+bi)/(c+di)=(a+bi)*(c-di)/(c2+d2)重載函數(shù)將以上算法用在了函數(shù)中。 類matrix的友元函數(shù)矩陣類的賦值，實質(zhì)上是給二維數(shù)組賦值；矩陣相加減就是兩個行數(shù)列數(shù)相同的二維數(shù)組相加減；二維數(shù)組相乘，其實就是兩個二維數(shù)組，其中一個的行數(shù)等于另一個的列數(shù)，按矩陣相乘的法則進行計算。 類rational的友元函數(shù)對有理數(shù)類進行的操作有下面幾種：有理數(shù)相加：當兩個有理數(shù)a/b和c/d相加時，可得到這樣的算式：a/b+c/d=(a*d+b*c)/(b*d)有理數(shù)相減：當兩個有理數(shù)a/b和c/d相減時，得到的結(jié)果是：分子：a*d-b*c分母：b*d有理數(shù)相乘：當兩個有理數(shù)a/b和c/d相乘時，得到的結(jié)果是：分子：a*c分母：b*d有理數(shù)相除：當兩個有理數(shù)a/b和c/d相除時，得到的結(jié)果是：分子：a*d分母：b*c每次得到結(jié)果時，都需要對有理數(shù)進行優(yōu)化。 類set的友元函數(shù)集合類的運算符重載操作主要有以下幾種：判定某一元素是否屬于集合：此操作用重載運算符函數(shù)&實現(xiàn)，返回值只有兩種情況true或者false，取bool類型。判斷兩個集合是否相等：判定兩個集合是否相等，需要看兩個集合中所包含的元素是否相同，并且不管順序如何。用重載運算符=來實現(xiàn)。判斷兩個集合是否不等：是相等操作的取反，用!=來實現(xiàn)兩個集合的交集：即求出兩個集合中的公共元素，用運算符*實現(xiàn)。兩個個集合的并集：即兩個集合相合并，合并以后去掉重復(fù)的元素，用運算符+來實現(xiàn)。判定一個集合是否是另一個集合的子集：用運算符=來實現(xiàn)判定一個集合是否是另一個集合的純子集：用運算符實現(xiàn)3.3基本功能要求（1）功能選擇可以用菜單來實現(xiàn)例如：請選擇您的計算內(nèi)容：1. 復(fù)數(shù)計算2. 有理數(shù)計算3. 矩陣計算4. 集合計算0. 退出用戶通過輸入不同的數(shù)字進入不同的菜單。次級菜單主要顯示本程序的功能，主要的功能有加法、減法、乘法和除法以及集合的求交集、求并集、求子集。（2）運行時給出明確的提示信息。比如，輸入一個什么類型的數(shù)據(jù)。根據(jù)用戶的輸入計算輸出結(jié)果。由于數(shù)據(jù)類型比較多，可以一次輸入第一個復(fù)數(shù)的實部，第一個復(fù)數(shù)的虛部，再輸入第二個復(fù)數(shù)的實部、虛部。矩陣運算需要先輸入矩陣的行數(shù)和列數(shù)，然后依次輸出矩陣的第一行第一列的元素、第一行第二列的元素等等，依次類推。有理數(shù)運算需要一次輸入有理數(shù)的分子、分母。集合運算需要輸入集合的元素個數(shù)，然后依次輸入集合中的每一個元素。4.系統(tǒng)總體設(shè)計(確定程序功能模塊)本程序的功能結(jié)構(gòu)如1所示：圖1程序功能結(jié)構(gòu)圖5.源程序代碼/*/ complex.h: interface for the complex class.#includeclass complex public:void print();complex();complex(float r,float i)real= r;image= i;virtual complex();friend complex operator + (complex a,complex b);friend complex operator - (complex a,complex b);friend complex operator * (complex a,complex b);friend complex operator / (complex a,complex b);private:float image;float real;/*/ rational.h: interface for the rational class.class rational public:void print();/輸出函數(shù)rational(int x=0,int y=0);virtual rational();friend rational operator + (rational num1,rational num2);/重載運算符+friend rational operator - (rational num1,rational num2);/重載運算符-friend rational operator * (rational num1,rational num2);/重載運算符*friend rational operator / (rational num1,rational num2);/重載運算符/friend bool operator =(rational num1,rational num2); /重載運算符=friend double real(rational x);/聲明轉(zhuǎn)換函數(shù)private:void optimization();/優(yōu)化有理數(shù)函數(shù)int denominator;/分母int numerator; /分子;/*/ matrix.h: interface for the matrix class.class matrix public:void Disp(); /顯示矩陣所有元素int matrix:operator ()(short row, short col);/重載運算符成員函數(shù)()void SetElem(short row,short col,int val);/將元素(row,col)設(shè)置為valmatrix();matrix(short r,short c)rows= r;cols= c;elems= new introws*cols;virtual matrix();friend matrix operator +(matrix p,matrix q); /重載運算符friend matrix operator -(matrix p,matrix q); /重載運算符friend matrix operator *(matrix p,matrix q); /重載運算符private:int * elems; /存放矩陣的所有元素short cols;/矩陣的列short rows;/矩陣的行;/*/ set.h: interface for the set class.#include /enum bool false,true;enum errcode noerr,overflow;/定義集合類 class set public:void print();/顯示輸出集合元素set()card=0;virtual set();errcode additem(int); /增加集合元素friend bool operator &(int,set);/聲明重載運算符&，判斷某一整數(shù)是否屬于某一集合friend bool operator =(set,set);/聲明重載運算符=,判斷兩個集合是否相等friend bool operator !=(set,set);/聲明重載運算符!=，判斷兩個集合是否不等friend set operator *(set,set);/聲明重載運算符*，求兩個集合的交friend set operator +(set,set);/聲明重載運算符+,求兩個集合的并friend bool operator (set,set);/聲明重載運算符,判斷某一集合是否為另一集合的純子集friend bool operator =(set,set);/聲明重載運算符,判斷某一集合是否為另一集合的子集private:int elems16;int card;/*/ complex.cpp: implementation of the complex class.#include #include complex.hcomplex:complex()complex:complex()/*/*函數(shù)名稱：print功能描述：顯示復(fù)數(shù)修改記錄：*/void complex:print()cout0)cout+;if(image!=0)coutimagein;/*/*函數(shù)名稱：operator +功能描述：顯示復(fù)數(shù)修改記錄：*/complex operator + (complex a,complex b)complex temp;temp.real= a.real +b.real ;temp.image= a.image +b.image ;return temp;/*/*函數(shù)名稱：operator 功能描述：顯示復(fù)數(shù)修改記錄：*/complex operator - (complex a,complex b)complex temp;temp.real= a.real -b.real ;temp.image= a.image -b.image ;return temp;/*/*函數(shù)名稱：operator *功能描述：顯示復(fù)數(shù)修改記錄：*/complex operator * (complex a,complex b)complex temp;temp.real= a.real *b.real -a.image *b.image ;temp.image =a.real *b.image +a.image *b.real ;return temp;/*/*函數(shù)名稱：operator /功能描述：顯示復(fù)數(shù)修改記錄：*/complex operator / (complex a,complex b)complex temp;float tt;tt=1/(b.real *b.real +b.image *b.image );temp.real =(a.real *b.real +a.image *b.image )*tt;temp.image =(b.real *a.image -a.real *b.image )*tt;return temp;/*/ rational.cpp: implementation of the rational class.#include #include #include rational.hrational:rational(int x,int y)numerator= x;denominator= y;optimization();/有理數(shù)優(yōu)化rational:rational()/*/*函數(shù)名稱：optimization功能描述：定義有理數(shù)優(yōu)化函數(shù)修改記錄：*/void rational:optimization()int gcd;if(numerator=0)/如果分子為零，則分母為1后返回denominator= 1;return;/取分子分母中較小的數(shù)作為公約數(shù)極限gcd= (abs(numerator)abs(denominator)?abs(numerator):abs(denominator);if(gcd=0)return;/若為0，則返回for(int i= gcd;i1;i-)/用循環(huán)找最大公約數(shù)if(numerator%i=0)& (denominator%i=0)break;numerator/=i;/i為最大公約數(shù)，將分子分母整除它，重新賦值denominator/=i;/若分子分母均為負數(shù)，則結(jié)果為正if(numerator0 & denominator0)numerator= -numerator;denominator= -denominator;/若分子分母只有一個為負數(shù)，則調(diào)整為分子取負，分母取正else if(numerator0 | denominator0)numerator= -abs(numerator);denominator=abs(denominator);/*/*函數(shù)名稱：print功能描述：顯示復(fù)數(shù)修改記錄：*/void rational:print()coutnumerator;if(numerator!=0 & denominator!=1)cout/denominatorn;elsecoutn;/*/*函數(shù)名稱： operator +功能描述：重載運算符+修改記錄：*/rational operator + (rational num1,rational num2)rational temp;temp.denominator =num1.denominator *num2.denominator ;temp.numerator = num1.numerator *num2.denominator +num1.denominator *num2.numerator ;temp.optimization ();return temp;/*/*函數(shù)名稱：operator - 功能描述：重載運算符-修改記錄：*/rational operator - (rational num1,rational num2)rational temp;temp.denominator =num1.denominator *num2.denominator ;temp.numerator = num1.numerator *num2.denominator -num1.denominator *num2.numerator ;temp.optimization ();return temp;/*/*函數(shù)名稱：operator *功能描述：重載運算符*修改記錄：*/rational operator * (rational num1,rational num2)rational temp;temp.denominator =num1.denominator *num2.denominator ;temp.numerator = num1.numerator *num2.numerator ;temp.optimization ();return temp;/*/*函數(shù)名稱：operator /功能描述：重載運算符/修改記錄：*/rational operator / (rational num1,rational num2)rational temp;temp.denominator =num1.denominator *num2.numerator ;temp.numerator = num1.numerator *num2.denominator ;temp.optimization ();return temp;/*/*函數(shù)名稱：operator =功能描述：重載運算符=修改記錄：*/bool operator =(rational num1,rational num2)if(num1.numerator =num2.numerator & num1.denominator =num2.denominator )return true;elsereturn false;/*/*函數(shù)名稱：print功能描述：聲明轉(zhuǎn)換函數(shù),將有理數(shù)對象轉(zhuǎn)換為實數(shù)修改記錄：*/double real(rational x)return(double(x.numerator )/(double(x.denominator );/*/ matrix.cpp: implementation of the matrix class.#include #include #include matrix.hmatrix:matrix()matrix:matrix()/*/*函數(shù)名稱：matrix:operator ()(short row, short col)功能描述：重載運算符成員函數(shù)修改記錄：*/int matrix:operator ()(short row, short col)if(row=1 & row=1 & col=1 & row=1 & col=cols)elems(row-1)*cols+(col-1)= val;/*/*函數(shù)名稱：matrix:Disp()功能描述：顯示矩陣元素修改記錄：*/void matrix:Disp()for(int row=1;row=rows;row+)for(int col=1;col=cols;col+)coutsetw(2)(*this)(row,col) ;coutendl;/*/*函數(shù)名稱：operator +(matrix p,matrix q)功能描述：重載運算符修改記錄：*/matrix operator +(matrix p,matrix q)matrix m(p.rows,p.cols);if(p.rows!=q.rows | p.cols!=q.cols)return m;for(int r=1;r=p.rows;r+)for(int c=1;c=p.cols;c+)m.SetElem(r,c,p(r,c)+q(r,c);return m;/*/*函數(shù)名稱：operator -(matrix p,matrix q)功能描述：重載運算符-修改記錄：*/matrix operator -(matrix p,matrix q)matrix m(p.rows,p.cols);if(p.rows!=q.rows | p.cols!=q.cols)return m;for(int r=1;r=p.rows;r+)for(int c=1;c=p.cols;c+)m.SetElem(r,c,p(r,c)-q(r,c);return m;/*/*函數(shù)名稱：operator *(matrix p,matrix q)功能描述：重載運算符*修改記錄：*/matrix operator *(matrix p,matrix q)matrix m(p.rows,p.cols);if(p.cols!=q.rows)return m;for(int r=1;r=p.rows;r+)for(int c=1;c=p.cols;c+)int s=0;for(int i=1;i=p.cols;i+)s+=p(r,i)*q(i,c);m.SetElem(r,c,s);return m;/*/ set.cpp: implementation of the set class.#include set.hset:set()/*/*函數(shù)名稱：print功能描述：顯示復(fù)數(shù)修改記錄：*/void set:print()cout;for(int i=0;icard-1;i+)coutelemsi0)coutelemscard-1n;/*/*函數(shù)名稱：additem功能描述：增加集合元素修改記錄：*/errcode set:additem(int elem)for(int i=0;icard;i+)if(elemsi=elem)return noerr;if(card16)elemscard+=elem;return noerr;elsereturn overflow;/*/*函數(shù)名稱：operator &功能描述：聲明重載運算符&，判斷某一整數(shù)是否屬于某一集合修改記錄：*/bool operator &(int elem,set set1)for(int i=0;iset1.card ;+i)if(set1.elemsi=elem)return true;return false;/*/*函數(shù)名稱：operator =功能描述：聲明重載運算符=,判斷兩個集合是否相等修改記錄：*/bool operator =(set set1,set set2)if(set1.card !=set2.card )/兩個集合個數(shù)不等，必不相等return false;for(int i=0;iset1.card;i+)if(!(set1.elems i& set2)/調(diào)用&定義return false;return true;/*/*函數(shù)名稱：operator !=功能描述：聲明重載運算符!=，判斷兩個集合是否不等修改記錄：*/bool operator !=(set set1,set set2)if(set1= set2)return false;elsereturn true;/*/*函數(shù)名稱：operator *功能描述：聲明重載運算符*，求兩個集合的交修改記錄：*/set operator *(set set1,set set2)set res;for(int i=0;iset1.card ;i+)for(int j=0;jset2.card ;j+)if(set1.elems i=set2.elems j)res.elems res.card += set1.elems i;break;/取set1中的每一個元素判斷是否屬于set2，若屬于則加入到res中return res;/*/*函數(shù)名稱：operator +功能描述：聲明重載運算符+,求兩個集合的并修改記錄：*/set operator +(set set1,set set2)set res=set1;for(int i=0;iset2.card ;i+)res.additem (set2.elems i);/將set2中的元素追加到res中return res;/*/*函數(shù)名稱：operator 功能描述：聲明重載運算符,判斷某一集合是否為另一集合的純子集修改記錄：*/bool operator (set set1,set set2)if(set1.cardset2.card & set1=set2)return true;elsereturn false;/*/*函數(shù)名稱：operator =功能描述：聲明重載運算符,判斷某一集合是否為另一集合的子集修改記錄：*/bool operator set2.card )return false;for(int i=0;iset1.card ;i+)if(!(set1.elems i & set2)return false;return true;/*/#include #include matrix.h#include complex.h#include rational.h#include set.hvoid jiemian();void tuichu();void complexcompute();void rationalcompute();void m