需求分析

使用Java 语言完成一个自动生成四则运算试题的程序，一个命令行软件，启动之后选择需要生成的试题类型，然后在一个循环中生成这些试题。

功能设计

基本功能

自动生成10道100以内的2个操作数的四则运算，包括加减乘除，运算的结果在100以内
删除重复模式。
可以控制是否生成乘法和除法。
可以控制数字范围，相关参数可以控制。
运算的数字可以为负数。
生成的运算题目存储到外部文件result.txt 中。

扩展功能

题目生成后进入下一步，可以选择继续生成或者重新选择模式来生成。
生成的题目可以有多个数值参与运算。
生成的结果可以包含负数。
除法试题结果显示为余数形式，还是小数形式。
选择是否输出带有答案的题目。

设计

客户端只用来处理与用户的交互，获取随机数，计算数据等功能都通过其他类来实现

MathFunction 设置一个模型类，用来表示一个等式，包含有等式的数据，计算出来结果也要添加到MathFunction 中的 result 中。获取结果的函数 getResult 函数使用装饰者模式实现。
MathValue 这是一个模型类，为了完成多个值参与运算，需要使用 tree 数据模型来表示等式。
RandomCreator 只是一个类，使用单例模式，通过 getRandom 方法获取一个随机数。
Calculator 计算类的接口，用来计算等式结果，因为需要判断最后的结果是否符合，而且还要展示计算的答案，计算类必不可少。
CalculatFactory 工厂类，用于根据客户端提供的函数，选择相应的Calculator 来计算结果。
AddCalculator 继承自 Calculator 实现加法运算。
SubCalculator 继承自 Calculator 实现减法运算。
MultiCalculator 继承自 Calculator 实现乘法运算。
DivCalculator 继承自 Calculator 实现除法运算。
MathMaster 用于管理生成函数的关键类。需要计算10个算式，那么就需要使用 while 或者 for 循环，循环的内容也移动到这个类中，计算出来的算式保存到这个类中的字段mathFunctions。通过客户端的设定生成相应的算式，并通过客户端调用这里的函数 printFunctions 打印出来。
MathElement MathFunction 和 MathValue 都继承自MathElement,拥有getValue 函数，并由MathFunction 和 MathValue 实现。

模型相关类图

简单工厂类图

测试运行

普通的运行一遍

全部使用默认选项，实现默认功能
删除重复项目
输出结果

展示扩展功能

实现扩展功能中的使用当前配置再次生成不同的题目
可以继续选择配置，或者退出功能

展示参数可以控制功能

可以控制试题数量
控制题目类型，如乘除法
负数参与运算

展示产生负数的结果

结果可以为负数选项

粘贴代码

MathFunction 中获取结果的方法

public MathFunction(MathElement leftElement, int opeator, MathElement rightElement) {
    super();
    this.leftElement = leftElement;
    this.opeator = opeator;
    this.rightElement = rightElement;
    calculator = CalculatorFactory.getCalculator(opeator);
    op = calculator.getOpeator();
}

public int getOpeator() {
    return opeator;
}

@Override
public int getValue() {
    return calculator.calc(leftElement.getValue(), rightElement.getValue());
}

public String getOutput(boolean result) {
    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
    stringBuilder.append(leftElement.getValue() + " " + op + " " + rightElement.getValue());
    if (result) {
        stringBuilder.append(" = " + getValue());
    }
    return stringBuilder.toString();
}

CalculatorFactory 中获得相应的类的方法

public static Calculator getCalculator(int op) {
    switch (op) {
    case 0:
        return new AddCalculator();
    case 1:
        return new SubCalculator();
    case 2:
        return new MultiCalculator();
    case 3:
        return new DivCalculator();
    default:
        throw new IllegalArgumentException("Unexpected value: " + op);
    }
}

RandomCreator 类，使用单例模式

public class RandomCreator {
    private static RandomCreator creator;
    private Random random;
    private RandomCreator() {
        random=new Random(System.currentTimeMillis());
    }
    public int getRandom(int range) {
        return random.nextInt(range+1);
    }
    public static RandomCreator getCreator() {
        if (creator == null) {
            creator=new RandomCreator();
        }
        return creator;

    }
}

MathMaster 中获取试题的主要代码

/**
 * 获取试题
 */
public void get() {
    mathFunctions.clear();
    for(int functionIndex=0;functionIndex<onceCreateCount;) {

        int left=RandomCreator.getCreator().getRandom(onceCreateValueRange);
        if (whetherHasNegativeNumber) {
            if (RandomCreator.getCreator().getRandom(1)==0) {//0 就添加负号
                left=0-left;
            }
        }
        int right=RandomCreator.getCreator().getRandom(onceCreateValueRange);
        if (whetherHasNegativeNumber) {
            if (RandomCreator.getCreator().getRandom(1)==0) {//0 就添加负号
                right=0-right;
            }
        }
        int op=getRandom();//根据当前是否含有乘除法获取不同的运算符
        MathFunction mathFunction=new MathFunction(new MathValue(left),op,new MathValue(right));
        int result=mathFunction.getValue();
        if (checkResult(result)) {//如果结果不符合，忽略这次结果
            mathFunctions.add(mathFunction);
            functionIndex++;
        }//忽略的结果不会增加
    }
}

客户端中用于控制是否按照当前配置重新生成

String getInputString = scanner.next();
char charAt = getInputString.charAt(0);
MathMaster master = new MathMaster();
while (!needExit(charAt)) {
    //···省略部分代码
    boolean exit=false;//退出下面的while 时是否还有退出整体的while
    while (true) {
        master.get();
        master.printFunctions(false);
                    FileWriter fileWriter=new FileWriter("result.txt");//打印到文件中
        fileWriter.write(master.getFuncString());
        fileWriter.flush();
        fileWriter.close();
        System.out.println("是否需要输出带有结果的题目,Y/e");
        getInputString = scanner.next();
        charAt = getInputString.charAt(0);
        if (needExit(charAt)) {
            exit=true;
            break;
        } else if (whetherCouldGoon(charAt)) {
            if (charAt == 'y' || charAt == 'Y') {
                master.printFunctions(true);
            }
            System.out.println("重新开始，还是再生成一遍,Y/n/e");
            getInputString = scanner.next();
            charAt = getInputString.charAt(0);
            if (needExit(charAt)) {
                                    exit=true;
                break;
            } else if (whetherCouldGoon(charAt)) {
                if (charAt == 'y' || charAt == 'Y') {
                    //不做任何改变就可以在输出
                }else {
                    break;//重新开始
                }
            }
        } else {
            System.out.println(input_error);//重新开始
            break;
        }
    }
    if (exit) {
        break;
    }
        //···省略部分代码
}

AddCalculator 类的代码，其他运算与此类似

public class AddCalculator implements Calculator {

    @Override
    public int calc(int left, int right) {
        return left+right;
    }
    /**
     * 从这里获取操作符，就不需要判断0 1 2 3 对应的+ - * (/) 了
     */
    @Override
    public char getOpeator() {
        return '+';
    }

}

总结

想要达成模块化最首选的就是函数，把一部分操作放到函数中，便于理解程序的运行，相同的操作还能复用代码，就像代码中的needExit 和 whetherCouldGoon 一样。
再进一步就是类，遵守“知识最少原则” 当前的类不需要了解的操作或者实体，那就把它提取到其他的类中，然后将相应的操作都放到这个类中，一是可以减少一个类的大小，也减少了模块间的依赖，当修改一部分代码时，只需要修改当前类就可以，不需要动其他的类，其他的类也不需要参与重新编译的过程了。
运用设计模式。在这个项目中使用了“单例模式”和“简单工程模式”，使用了单例模式，MathMaster 就不需要管理随机数的生成。使用了简单工厂模式，这样MathMaster 只需要获取答案，而不需要管理当前执行的是什么操作，顺利进行解耦。
灵活运用接口和超类，达到代码复用，多态，这也是设计模式的基础。
用面向对象的思想，万事万物皆是对象。
单一对象原则，每个类只需要完成自己的操作就好了，如果一个类使用了很多的类，那就要考虑是不是要把这些内容都放到其他类中，然后从这里调用，而不是让一个类做太多的工作。

PSP

PSP2.1	计划任务	计划共完成需要的时间(min)	实际完成需要的时间(min)
Planning	计划	10	5
Estimate	估计这个任务需要多少时间，并规划大致工作步骤	10	10
Development	开发	95	253
Analysis	需求分析（包括学习新技术）	10	8
Design Spec	生成设计文档	10	10
Design Review	设计复审（和同事审核设计文档）	10	10
Coding Standard	代码规范（为目前的开发制定合适的规范）	5	5
Design	具体设计	10	20
Coding	具体编码	30	160
Code Review	代码复审	10	10
Test	测试（自我测试，修改代码，提交代码）	20	30
Reporting	报告	25	25
Test Report	测试报告	15	10
Size Measurement	计算工作量	5	10
Postmortem & Process Improvement Plan	事后总结，并提交过程改进计划	5	5

20194589 自动生成四则运算题第一版报告