复数计算器课程设计

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1、目 录 1 题目内容及设计要求 1 2 总体设计 1 2.1 总体功能框图 1 2.2 类的设计说明 1 2.3 主要算法流程图 1 3 程序清单及注释 1 4 运行结果与分析 1 5 总结 2 6 参考文献 2 1 题目内容及设计要求 题目17 复数计算器 内容及要求： （1）所设计的复数计算器可以进行+ - * += -= *= ++ -- >= <= == !=运算符，其中 >= <=是针对复数的模进行运算。 （2）设计输入重载函数，要求能接收从键盘输入a+bi形式的复数，在程序中可以识别 出实部虚部并正确赋值。 (3) 设计计算器

2、测试程序，对加减法进行测试，要求在两位数以内进行，对乘法进行测 试，乘法要求为一位数的运算。 (4) 设计记录功能，可以记录下不同用户使用计算器的情况，记录以文件的形式保存在 计算机内，开机时要求用户输入用户名，显示该名户以前的记录。用户记录用包括：做了多 少次加减法、乘法、进行测试的次数，后3次的测试平均分等，在退出计算器程序时用心的 用户记录代替原有的记录。 2 总体设计 2.1 总体功能框图 根据题中任务的功能，首先要搞清复数的运算法则， 并使用c++语言表达。复数包含实部与虚部，如何将这两部分表达出来也使关键 定义一个复数类complex。 声明所需成员函

3、数和友元函数对各运算符进行重载。 定义各成员函数。 定义主函数，实现对整个程序的控制。 编译、运行并调试 2.2 类的设计说明 class CComplex //定义命名空间NameCComplex { private: double Real,Image; public: CComplex(double real=0,double image =0) //构造函数 { Real=real;Image=image; } friend istream & op

4、erator>>(istream &is,CComplex &com ); //重载输入 friend ostream & operator<<(ostream &os,CComplex &com); //重载输出 CComplex operator+(CComplex &com); //加法重载 CComplex operator-(CComplex &com); //减法重载 CComplex operator*(CComplex &com);

5、 //乘法重载 CComplex operator+=(CComplex &com); //加法赋值重载 CComplex operator-=(CComplex &com); //减法赋值重载 CComplex operator*=(CComplex &com); //乘法赋值重载 CComplex operator++(); //自加 CComplex ope

6、rator--(); //自减 double mod (void); //求复数的模 int operator>(CComplex &com); int operator<(CComplex &com); int operator!=(CComplex &com); int operator==(CComplex &com); }; 2.3 主要算法流程图 开始 声明一个complex类，并定义

7、double，real，image； 声明类的函数，构造函数，加减乘除和取模运算 c.real=real+c2.real;c.imag=imag+c2.imag; c.real=real-c2.real;c.imag=imag-c2.imag; c.real=(real*c2.real+imag*c2.imag)/a;c.imag=(imag*c2.real-real*c2.imag)/a c.real=real*c2.real-imag*c2.imag;c.imag=real*c2.imag+imag*c2.real; Sqrt(real*real=imag*imag); 输出

8、c1,c2,c1+c2,c1-c2,c1*c2,c1/c2, ∣c1∣的值 终止 。。。。。。 图2－1 算法流程图 3 程序清单及注释 #include #include #include #include #include #include //#define EPS len-5 // 定义精度常数 using namespace std; namespace NameCComplex // 定义命名

9、空间 NameCComplex { /*----------------------------------------------------------------------- |部分A： | 复数类 CComplex 的声明和定义，以及结构体类型 用户 User 的定义 | ----------------------------------------------------------------------*/ /*--------------------------------- | 复数类 CComplex 的声明

10、 --------------------------------*/ class CComplex { private: double Real, Image; // 分别为复数的实部和虚部 public: CComplex(double real=0, double image=0) // 构造函数 { Real = real; Image = image; } friend istream & operator >> (istream & is, CComplex & com); // 重载输入

11、 friend ostream & operator << (ostream & os, CComplex & com); // 重载输出 CComplex operator + (CComplex & com); // 加法重载 CComplex operator - (CComplex & com); // 减法重载 CComplex operator * (CComplex & com); //

12、乘法重载 CComplex operator += (CComplex & com); // 加法赋值重载 CComplex operator -= (CComplex & com); // 减法赋值重载 CComplex operator *= (CComplex & com); // 乘法赋值重载 CComplex operator ++ ();

13、 // 自加 CComplex operator -- (); // 自减 double mod(void); int operator > (CComplex & com); int operator < (CComplex & com); int operator != (CComplex & com); int operator == (CComplex & com); }; /*----------------------------------

14、-- | 结构体类型 用户 User 的定义 -----------------------------------*/ struct User { char szName[20]; // 用户名 int nTime; // 使用次数 int nTest; // 测试次数 double dlAve; // 平均成绩 int nAdd; // 加法次数 int nSub;

15、 // 减法次数 int nMul; // 乘法次数 double dlScore[3]; // 3次测试得分 } user; /*--------------------------------------------------------------- | 复数类 CComplex 的类外定义部分 ---------------------------------------------------------------*/ // 重载运算

16、符“++”，实部与虚部均加 1 CComplex CComplex::operator ++ () { Real++; Image++; return *this; } // 重载运算符“--”，实部与虚部均减 1 CComplex CComplex::operator -- () { Real--; Image--; return *this; } // 求复数的模，返回 实部^2 + 虚部^2 double CComplex::mod() { return Real * Real + Image * Im

17、age; } // 重载运算符“>”，比较模的大小 int CComplex::operator > (CComplex & com) { if ( mod() > com.mod() ) return 1; // 若大，则返回 1 else return 0; } // 重载运算符“<”，比较模的大小 int CComplex::operator < (CComplex & com) { if ( mod() < com.mod() ) return 1; // 若小，则

18、返回 1 else return 0; } // 重载运算符“!=”，分别判断复数的实部与虚部 int CComplex::operator != (CComplex & com) { if ( *this==com ) return 0; else return 1; } // 重载复数的输入， a+bi 的形式 istream & operator >> (istream & is, CComplex & com) { cout << "输入复数："; char s[80]; is >>

19、 s; // 用字符串的形式接收复数 int len = strlen(s); // 求出字符串的长度 int n = 0, sign = 1; // 其中的 n 值 为当前从字符串中提取出的数字，会在下面的 while 语句中得到确定的值 // sign 为状态变量，表示数值的正负符号，以辅助辨认正负值 com.Image = com.Real = 0; // 判断接收的字符串是否合法 for(int k=0; k

20、 if ( (s[k]<0 || s[k]>9) && (s[k]!=+ && s[k]!=- && s[k]!=i) ) { cout << "error" << endl; return is; // 错误，输出出错信息并返回 } } // 顺序识别字符串中各字符 for(int k=0; k

21、 // 是符号位，且 n!=0，即 n 已被赋值(通过下面的whlie语句)，表明当前读取的是虚部的符号 n = 0; // 将原 n*sign 值(带正负号的数值)赋给实部后，将 n 清零，准备下一次继续接收并判断是否为虚部的值 } if ( s[k] == -) // 当前字符若为负号 { sign = -1; k++; // 给符号标志变量 sign 赋值，表示为负数 } if ( s[k] == +)

22、 // 当前字符若为正号 { sign = 1; k++; // 给符号标志变量 sign 赋值，表示为正数 } if ( s[k]==i ) // 若当前字符为“i” { if ( k!=len-1 ) // 判断字符 i 是否为字符串中最后一个字符 cout << "error\n"; // 如果不是，说明复数数据格式错误 else com.Image = sign * n; // 是最后一个字符，复

23、数对象已接收完，用 sign*n 为虚部赋值 break; } while ( s[k]>=0 && s[k]<=9 ) // 当前字符若在 0~9 之间，则将数字字符转换成数字数值 { n = n * 10 + s[k] - 0; k++; } } if ( s[len-1]!=i && n!=0 ) // 如果最后一个字符不是 i，表示复数对象内只有实部，没有虚部，如：-a com.Real = n * sign; return is; } // 重载复

24、数的输出 ostream & operator << (ostream & os, CComplex & com) { if ( fabs(com.Image)==0 ) // 如果虚部为 0 os << com.Real; // 只输出实部 else if ( fabs(com.Real)==0 ) // 如果实部为 0 os << com.Image << "i"; // 只输

25、出虚部 else if ( com.Image>0 ) os << com.Real << "+" << com.Image << "i"; // 虚部为正 else os << com.Real << com.Image << "i"; // 如 实部为 3，虚部为 -6i，就变为 3 - 6i，而不是 3 + -6i return os; } // 加法重载 CComplex CComplex::operator + (CComplex & com) { CComplex sum; sum.Real =

26、Real + com.Real; // 实部相加 sum.Image = Image + com.Image; // 虚部相加 return sum; } // 乘法重载 CComplex CComplex::operator * (CComplex & com) { CComplex multi; multi.Real = Real * com.Real - Image * com.Image; // 乘积实部 multi.Image = Real * com.Image + Image * com.Rea

27、l; // 乘积虚部 return multi; } // 减法重载 CComplex CComplex::operator - (CComplex & com) { CComplex sub; sub.Real = Real - com.Real; // 实部相减 sub.Image = Image - com.Image; // 虚部相减 return sub; } // 加法赋值重载 CComplex CComplex::operator += (CComplex & com) {

28、 Real = Real + com.Real; // 实部 Image = Image + com.Image; // 虚部 return *this; } // 减法赋值重载 CComplex CComplex::operator -= (CComplex & com) { Real = Real - com.Real; // 实部 Image = Image - com.Image; // 虚部 return *this; } // 乘法赋值重载 CComplex CComplex::ope

29、rator *= (CComplex & com) { double nReal = Real * com.Real - Image * com.Image; // 乘积实部 double nImage = Real * com.Image - Image * com.Real; // 乘积虚部 Real = nReal; Image = nImage; return *this; } // 重载 == 运算符，分别比较两个复数对象的实部和虚部 int CComplex::operator == (CComplex & com) {

30、 if ( Real==com.Real && Image==com.Image ) return 1; // 实部与虚部部分相等，则返回 1 else return 0; } /*---------------------------------------------------------------------------- |部分B： | 测试函数 void Test(void) | 实现复数的加法函数 void Add() | 实现复数的减法函数 void Sub() | 实现复数的乘法函数 void Mul()

31、 | 实现复数的自加函数 void Add1() | 比较两个复数的大小函数 void Compare() | 输出本次用户使用计算器的情况记录 void userprint() | 当前用户使用完计算器，保存或更新用户资料函数 void SaveFile() | ----------------------------------------------------------------------------*/ // 测试函数，随机出 10 道运算题，可以打分 void Test(void) { user.nTest++; // 用户测试

32、次数加 1 cout << "共10道题，作10以内的加减运算，满分 100分：\n"; double real1, real2, image1, image2, real3, real4, image3, image4; // 1 和 2 分别代表两个待相加的复数的实部和虚部，3 和 4 则为相乘 CComplex answer, temp; int score = 0; char op; for(int i=0; i<=9; i++) { real1 = rand()%200 - 100; // 产生的随机数是两位数，可

33、以是正数或负数 image1 = rand()%200 - 100; real2 = rand()%200 - 100; image2 = rand()%200 - 100; CComplex a(real1, image1), b(real2, image2); // 用产生的随机数对象分别初始化两个复数对象 real3 = rand()%20 - 10; // 产生的随机数是一位数，可以是正数或负数 image3 = rand()%20 - 10; real4 = rand()%20 - 10; imag

34、e4 = rand()%20 - 10; CComplex c(real3, image3), d(real4, image4); op = rand()%3; // 随机产生 3 种运算符 switch(op) { case 0: answer = a + b; cout << a << "加上" << b << "等于"; break; case 1: answer = a - b; cout << a << "减去" << b << "等于"; break;

35、 case 2: // 乘法运算，用实部和虚部都是 1 位数的对象操作 answer = c * d; cout << c << "乘以" << d << "等于"; break; } cin >> temp; // 接收用户输入的结果 if ( answer==temp ) score+=10; // 正确则加 10分 else { cout << "此题做错了\n"; cout << "正确答案为：" << answer << endl; } }

36、 cout << "你的最后得分是：" << score << endl; // 计算最后 3次的平均分 if ( user.nTest<=3 ) // 若累计次数没有超过 3次 { user.dlAve = 0; user.dlScore[user.nTest-1] = score; // 将本次测试成绩添加进记录中 for(int i=0; i

37、算平均分 user.dlAve = user.dlAve / user.nTest; // 计算平均分，user.dlAve 从累计的分数 变成了平均分 } else // 如果累计测试超过 3次 { user.dlScore[0] = user.dlScore[1]; // 最前面的一次记录将被覆盖，即：删除 user.dlScore[1] = user.dlScore[2]; user.dlScore[2] = score; // 将本次记录添加进测试记录的尾部 user.dl

38、Ave=0; for(int i=0; i<3; i++) // 计算最新 3次的平均分 user.dlAve += user.dlScore[i]; user.dlAve = user.dlAve / 3; } cout << "按任意键继续\n"; cout .flush(); cin.get(); cin.get(); } // 实现复数的加法 void Add() { user.nAdd++; CComplex num1, num2, sum, Zero(0, 0); cout << "

39、加法计算\n" << "最少输入两个复数，输入“0”结束\n"; cout << "第1个复数："; cin >> num1; // 输入第 1个复数 cout << "第2个复数："; cin >> num2; // 输入第 2个复数 sum = num1 + num2; cout << "第3个复数："; cin >> num1; // 输入第 3个复数 int i = 4; while ( !(num1==Zero) ) {

40、sum = sum + num1; // 实现复数相加 cout << "第" << i << "个复数："; cin >> num1; // 输入第 i个复数 i++; } cout << "结果是：" << sum << endl; cout << "按任意键继续\n"; cout.flush(); cin.get(); cin.get(); } // 实现复数的减法 void Sub() { user.nSub++; CComplex num1, num2, s

41、ub, Zero(0, 0); cout << "减法计算\n" << "最少输入两个复数，输入“0”结束\n"; cout << "第1个复数："; cin >> num1; // 输入第 1个复数 cout << "第2个复数："; cin >> num2; // 输入第 2个复数 sub = num1 - num2; cout << "第3个复数："; cin >> num1; // 输入第 3个复数 int i = 4; while

42、 ( !(num1==Zero) ) { sub = sub - num1; // 实现复数减法 cout << "第" << i << "个复数："; cin >> num1; // 输入第 i个复数 i++; } cout << "结果是：" << sub << endl; cout << "按任意键继续\n"; cin.get(); cin.get(); } // 实现复数的乘法 void Mul() { user.nMul++; CComplex nu

43、m1, num2, mul, Zero(0, 0); cout << "乘法计算\n" << "最少输入两个复数，输入“0”结束\n"; cout << "第1个复数："; cin >> num1; // 输入第 1个复数 cout << "第2个复数："; cin >> num2; // 输入第 2个复数 mul = num1 + num2; cout << "第3个复数："; cin >> num1; // 输入第 3个复数 int i =

44、4; while ( !(num1==Zero) ) { mul *= num1; // 实现复数的减法 cout << "第" << i << "个复数："; i++; cin >> num1; // 输入第 i个复数 } cout << "结果是：" << mul << endl; cout << "按任意键继续\n"; cin.get(); cin.get(); } // 实现复数的自加，实部与虚部均自加 1 void Add1() {

45、user.nAdd++; // 用户加法记录次数加 1 CComplex num1; cin >> num1; // 这里 输入的数可能是虚部为0的数，原书代码未作判断 num1++; // 实部与虚部分别加 1 cout << "自加结果为" << num1 << endl; cout << "按任意键继续\n"; cout.flush(); cin.get(); cin.get(); } // 实现复数的自减 void Sub1() { user.nSub++;

46、 // 用户减法记录次数加 1 CComplex num1; cin >> num1; num1--; cout << "自减结果为" << num1 << endl; cout << "按任意键继续\n"; cout.flush(); cin.get(); cin.get(); } // 比较两个复数的大小 void Compare() { CComplex num1, num2; cout << "输入两个复数\n"; cout << "第1个复数："; cin >> num1; c

47、out << "第2个复数："; cin >> num2; if ( num1==num2 ) cout << " 这两个复数相等\n"; else if ( num1>num2 ) cout << num1 << "的模大于" << num2 << "的模\n"; else if ( num1

48、.get(); } // 输出本次用户使用计算器的情况记录 void userprint() { cout << user.szName << "使用的次数为：" << user.nTime << "次" << endl; cout << "其中：\t 加法次数：" << user.nAdd << "次\n" << "\t 减法次数：" << user.nSub << "次\n" << "\t 乘法次数：" << user.nMul << "次\n" << "\t 测试次数：" << user.nTest << "次\n"

49、 << "\t 平均成绩：" << user.dlAve << "次" << endl; } // 用户登陆，开始启动计算器 void Login() { char szName[20]; cout << "请输入您的姓名："; cin.getline(szName, 20); ifstream infile; User user1; infile.open("user.dat", ios::binary|ios::in); // 打开用户资料文件 （这个地方 若没有文件，则不会创建新文件，不知何问题 if

50、 ( !infile ) // 若没有用户资料文件 { cout << "没有原始记录文件， 您是第 1位用户！\n"; strcpy(user.szName, szName); // 为全局变量 user 中 szName 成员赋值 user.nTime++; return; // 函数返回 } // 读取用户资料文件（从该文件的第1个字节开始逐个读取信息） // 如果用户资料中找到了当前姓名的用户，则说明是老用户，显示一些信息，并作一些使用次数的记录。 infile.re

51、ad( (char *)&user1, sizeof(User) ); while ( !infile.eof() ) // 只要没到文件末尾（未遇文件结束符），则一直进行此循环 { if ( strcmp(user.szName, szName)==0 ) // 将用户资料文件中的用户名与读取的用户名进行比较 { user = user1; // 若该用户以前使用计算器，将原资料赋值给全局变量 user user.nTime++; // 用户使用次数加 1 cout << "欢

52、迎您再次使用复数计算器！"; userprint(); // 输出用户资料中的信息 cin.get(); infile.close(); return; } infile.read( (char *)&user1, sizeof(User) ); } // 如果用户资料中没有当前用户，表明该用户是第 1次使用计算器 cout << "欢迎您使用复数计算器！"; strcpy(user.szName, szName); // 为全局变量 user 中 szName 成员赋值 user

53、.nTime++; //用户使用次数加 1 infile.close(); return; } // 当前用户使用完计算器后，保存或更新用户资料 void SaveFile() { userprint(); // 输出当前用户使用计算器的详细信息 fstream file; User user1; file.open("user.dat", ios::binary|ios::in|ios::out); // 打开用户资料 if (!file) { cout <

54、< "文件打开错误，不能将记录更新\n"; return; } file.seekg(0, ios::beg); // 文件指针指向文件头 while( !file.eof() ) { file.read( (char *)&user1, sizeof(User) ); // 逐个读取用户资料文件中的用户信息 // 将用户资料文件中的用户名依次与当前用户名进行比较 if ( strcmp(user1.szName, user.szName)==0 ) // 若在用户资料文件中找到该用户 {

55、 file.seekp(-(sizeof(User)), ios::cur); // 文件指针退回到该用户资料信息的首位置 file.write( (char *)&user, sizeof(User) ); // 将全局变量 user 的内容写到用户资料文件中，即更新该用户的资料 file.close(); return; // 程序返回 } } file.close(); fstream outfile; // 若在用户资料文件中找不到当前用户的资料，表明当前用户是第 1次使用计算器

56、 outfile.open("user.dat", ios::binary|ios::app); // 以添加的方式打开用户资料文件 outfile.write( (char *)&user, sizeof(User) ); // 将当前用户的资料添加在用户资料文件中 outfile.close(); return; } } using namespace NameCComplex; // 使用标准命名空间 NameCComplex /*-----------------------------------

57、------------------------------------ | | 主函数部分 | ----------------------------------------------------------------------*/ int main(void) { srand( time(NULL) ); // 初始化随机数种子 Login(); // 打开文件，登记用户 int Choice; do { system("cls");

58、 // 系统执行命令：cls 为清屏 cout << " 这是一个简单的复数计算器程序，可以实现以下功能，请按下对应的键（1 ~ 7）进入\n\n\n"; cout << "\t================================主菜单=================================\n"; cout << "\t 1：多复数加法\n"; cout << "\t 2：多复数减法\n"; cout << "\t 3：测试 100以内的复数加减乘法运算，1次测试10道题\n"; cout << "\t 4：多复数乘法

59、\n"; cout << "\t 5：复数自加\n"; cout << "\t 6：复数自减\n"; cout << "\t 7：复数比较\n"; cout << "\t 0：退出计算器程序\n\n"; cout << "\t 请输入您的选择："; cin >> Choice; // 下面用 switch - case 语句实现多现选择，当然也可以用 if - else 语句实现多项选择 switch(Choice) { case 1: Add(); break; case 2: Sub(); break

60、; case 3: Test(); break; case 4: Mul(); break; case 5: Add1(); break; case 6: Sub1(); break; case 7: Compare(); break; case 0: cout << "\n\t 欢迎下次继续使用复数计算器！\n\n"; break; default: cout << "\n\t 输入错误，请按任意键后重新输入！\n"; cin.get(); cin.get(); }

61、 }while(Choice); // 当 Choice 值为 0时， 结束循环 SaveFile(); // 退出程序前，保存或更新当前用户的使用情况 system("pause"); return 0; } /* 书上的主函数写法： int main(void) { srand( time(NULL) ); // 初始化随机数种子 Login(); // 打开文件，登记用户 char strChoice[20]; do {

62、system("cls"); // 系统执行命令：cls 为清屏 cout << " 这是一个简单的复数计算器程序，可以实现以下功能，请按下对应的键（1~7）进入\n\n\n"; cout << "\t================================主菜单=================================\n"; cout << "\t 1：多复数加法\n"; cout << "\t 2：多复数减法\n"; cout << "\t 3：测试 100以内的复数加减乘法运算，1次测试10道题\n"; cout

63、<< "\t 4：多复数乘法\n"; cout << "\t 5：复数自加\n"; cout << "\t 6：复数自减\n"; cout << "\t 7：复数比较\n"; cout << "\t 0：退出计算器程序\n\n"; cout << "\t 请输入您的选择："; cin >> strChoice; // 下面用 if - else 语句实现多现选择，当然也可以用 switch - case 语句实现多项选择 if ( strcmp(strChoice, "1")==0 ) Add(); else if ( st

64、rcmp(strChoice, "2")==0 ) Sub(); else if ( strcmp(strChoice, "3")==0 ) Test(); else if ( strcmp(strChoice, "4")==0 ) Mul(); else if ( strcmp(strChoice, "5")==0 ) Add1(); else if ( strcmp(strChoice, "6")==0 ) Sub1(); else if ( strcmp(strChoice, "7")==0 ) Compare

65、(); else if ( strcmp(strChoice, "0")==0 ) { cout << "\n\t 欢迎下次继续使用复数计算器！\n\n"; break; } else { cout << "\n\t 输入错误，请按任意键后重新输入！\n"; cin.get(); cin.get(); } }while( (strcmp(strChoice, "0")) ); SaveFile(); // 退出程序前，保存或更新当前用户的使用情况 system("pause");

66、 return 0; } */} 4 运行结果与分析 5 总结 1. 明确实验操作对象和目的。 2. 针对目的和对象进行总体设计。 3. 细化流程：书写程序，编译、运行并调试。 4. 一开始错误的将复数的两个部分一起声明，在后来的编程过程中遇到了计算上的错误，于是将复数的实部和虚部分开声明，问题得到了解决 5. 计算器还可扩充用户输入错误算式时提示用户的功能 6. 计算器还可以扩充带有括号的功能 （课程设计过程中出现的问题及其解决方案，可扩充的功能及设计等。） 6 参考文献 [1]李爱华，程磊著. 面向对象程序设计（C++语言） .北京：清华大学出版社，2010 [2]刘振安，刘燕君著. C++程序设计课程设计. 北京: 机械工业出版社，2004 [3]谭浩强著. C++程序设计实践指导. 北京：清华大学出版社，2005