C課程設(shè)計(jì)字符串類的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、封 皮（按學(xué)校要求手工填寫）課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)學(xué)院信息科學(xué)與工程專業(yè)通信工程學(xué)生姓名*學(xué)號(hào)10030603*設(shè)計(jì)題目字符串類的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)內(nèi)容及要求：計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象分為數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)，字符串是最基本的非數(shù)值數(shù)據(jù)。其應(yīng)用非常廣泛，它是許多軟件系統(tǒng)（如字符編輯、情報(bào)檢索、詞法分析、符號(hào)處理、自然語(yǔ)言翻譯等系統(tǒng)）的操作對(duì)象。其重要性不言而喻。要求采用C+語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)進(jìn)行字符串類的設(shè)計(jì)，具體要求如下：（1）使用堆分配存儲(chǔ)表示實(shí)現(xiàn)字符串的存儲(chǔ)；（2）實(shí)現(xiàn)串賦值操作StrAssign(&T, chars)；（3）實(shí)現(xiàn)串比較操作StrCompare(S,T);（4）實(shí)現(xiàn)求串長(zhǎng)操作StrLe

2、ngth(S);（5）實(shí)現(xiàn)串連接操作Concat(&T,S1,S2)（6）實(shí)現(xiàn)求子串操作SubString(&Sub,S,pos,len)（7）實(shí)現(xiàn)清空子串操作ClearString(&S);（8）將上述功能作為類的成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)，編寫主函數(shù)測(cè)試上述功能。進(jìn)度安排：第17周：分析題目，查閱課題相關(guān)資料，進(jìn)行類設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)；第18周：程序的設(shè)計(jì)、調(diào)試與實(shí)現(xiàn)；第19周：程序測(cè)試與分析，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行答辯驗(yàn)收。指導(dǎo)教師（簽字）：年 月 日學(xué)院院長(zhǎng)（簽字）年 月 日目 錄1 需求分析- 1 -2 算法基本原理- 1 -3 類設(shè)計(jì)- 2 -4 詳細(xì)設(shè)計(jì)- 3 -4.1 類

3、的接口設(shè)計(jì)- 3 -4.2 類的實(shí)現(xiàn)- 5 -4.3 主函數(shù)設(shè)計(jì)- 10 -5 DOS界面程序運(yùn)行結(jié)果及分析- 11 -5.1 程序運(yùn)行結(jié)果- 11 -5.2運(yùn)行結(jié)果分析- 12 -6 基于MFC的圖形界面程序開(kāi)發(fā)- 13 -6.1 基于MFC的圖形界面程序設(shè)計(jì)- 13 -6.2 程序測(cè)試- 17 -6.3 MFC程序編寫總結(jié)- 19 -7 參考文獻(xiàn)- 19 -1 需求分析(1) 計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象分為數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)，字符串是最基本的非數(shù)值數(shù)據(jù)。其應(yīng)用非常廣泛，它是許多軟件系統(tǒng)（如字符編輯、情報(bào)檢索、詞法分析、符號(hào)處理、自然語(yǔ)言翻譯等系統(tǒng)）的操作對(duì)象。其重要性不言而喻。(2)字符串是字符的

4、有限集合，可記作a=a1 an。其中a是字符串的名，單括號(hào)里的字符序列是字符串的值，單引號(hào)不是字符串的成分，其作用是為了避免變量名與常量混淆。ai(0<i<n+1)稱為字符串的元素，是構(gòu)成字符串的基本單位。N表示字符串的長(zhǎng)度，且n=>0,如果等于0，則稱a為空串，記作：a=。 2 算法基本原理（1）字符串從結(jié)構(gòu)上看是一種以字符為數(shù)據(jù)元素的線性表，從存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的不同可分為順序表和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，它們都適用于字符串，但由于要求的操作不同，為了提高運(yùn)算效率所選用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)也是不同的。對(duì)于字符串改動(dòng)較頻繁的一般用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，而順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠高效的讀取。所以各有優(yōu)點(diǎn)。本程序由于需要大量

5、改動(dòng)數(shù)據(jù)，理所當(dāng)然的選擇鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，其算法結(jié)構(gòu)為： Typedef structChar *ch; /*若字符串為空，則按長(zhǎng)度分配存儲(chǔ)區(qū)，否則為NULL */Int length; /*字符串的長(zhǎng)度*、（2）本題字符串要求用堆來(lái)分配字符串的存儲(chǔ)空間，采用堆分配函數(shù)malloc,它的格式為T->ch=(char *)malloc(sizeof(char)*len，就會(huì)為字符串分配內(nèi)存。（3）函數(shù)是有字符串類進(jìn)行調(diào)用的，通過(guò)在主函數(shù)中定義字符串類的對(duì)象，作為函數(shù)的參數(shù)，對(duì)于需要改寫對(duì)象的需要進(jìn)行址傳遞，我們可以通過(guò)函數(shù)在主函數(shù)中的反映來(lái)觀察他的執(zhí)行狀態(tài)。3 類設(shè)計(jì)4 詳細(xì)設(shè)計(jì)整個(gè)程序分為三

6、個(gè)獨(dú)立的文檔，Linequ.h文件中包括矩陣類Matrix和線性方程組類Linequ的聲明，Linequ.cpp文件中包括這兩個(gè)類的成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)文件；main.cpp文件包括程序的主函數(shù)，主函數(shù)中定義了一個(gè)類Linequ的對(duì)象，通過(guò)這個(gè)對(duì)象求解一個(gè)四元線性方程組。4.1 類的接口設(shè)計(jì)/Linequ.h文件，實(shí)現(xiàn)類的聲明#include <iostream>#include <cmath>using namespace std;class Matrix/基類Matrix聲明public:/外部接口Matrix(int dims=2);/構(gòu)造函數(shù)Matrix();/析構(gòu)函數(shù)

7、void SetMatrix(double *rmax);/矩陣賦初值void PrintM();/顯示矩陣protected:int index;/方陣的行數(shù)double* MatrixA;/矩陣存放數(shù)組首地址;class Linequ:public Matrix/公有派生類Linequ聲明public:/外部接口Linequ(int dims=2);/構(gòu)造函數(shù)Linequ();/析構(gòu)函數(shù)void SetLinequ(double *a, double *b);/方程賦值void PrintL();/顯示方程int Solve();/全選主元高斯消去法求解方程void ShowX();/顯示

8、方程的解private:/私有數(shù)據(jù)double *sums;/方程右端項(xiàng)double *solu;/方程的解;經(jīng)過(guò)公有派生，Linequ類獲得了除構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)之外的Matrix類的全部成員，由于基類的成員是公有和保護(hù)類型，因此在派生類中的成員函數(shù)中，基類繼承來(lái)的成員全部可以訪問(wèn)，而對(duì)于建立Linequ類對(duì)象的外部模塊來(lái)講，基類的保護(hù)成員是無(wú)法訪問(wèn)的。通過(guò)保護(hù)訪問(wèn)類型和公有的繼承方式，實(shí)現(xiàn)了基類Matrix的數(shù)據(jù)的有效共享和可靠保護(hù)。在程序中，方程的系數(shù)矩陣、解以及右端項(xiàng)全部采用了動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配技術(shù)，這些工作都是在基類、派生類的構(gòu)造函數(shù)中完成，它們的清理工作在析構(gòu)函數(shù)中完成。4.2 類的實(shí)現(xiàn)

9、4.3 主函數(shù)設(shè)計(jì)int main()int a=1,p,len; MyString S; MyString st1; MyString st2; MyString sub; MyString T; char ch120; char cl; cout<<"*歡迎進(jìn)入字符串操作程序*"<<endl;while (a!=0) cout<<"-"<<endl;cout<<"請(qǐng)選擇功能操作："<<endl;cout<<"n1.字符串的賦值n2.字符串

10、的長(zhǎng)度n3.字符串的比較n4.字符串的連接n5.求字符串的子串n6.清空字符串n0.退出"<<endl;cin >>a; switch(a)case 0:cout<<"*謝謝使用！祝您工作順利!*"<<endl;break;case 1: cout<<"請(qǐng)輸入用于賦值新字符串"<<endl;cin>>ch1; InitString(&st1); StrAssign(&st1,ch1);cout<<"字符串被賦的值為：&quo

11、t; PrintString(st1);break ;case 2: cout<<"請(qǐng)輸入新字符串S"<<endl; cin>>ch1; InitString(&st1); StrAssign(&st1,ch1); cout<<"長(zhǎng)度為:"<<StrLength(st1)<<endl;break;case 3: cout<<"請(qǐng)輸入要比較的兩個(gè)字符串S pk T"<<endl; cout<<"請(qǐng)輸入第一

12、個(gè)字符串st1（長(zhǎng)度<20:）" cin>>ch1; InitString(&st1); StrAssign(&st1,ch1); cout<<"請(qǐng)輸入第二個(gè)字符串st2（長(zhǎng)度<20）:" cin>>ch1; InitString(&st2); StrAssign(&st2,ch1); StrCompare(st1,st2); int flag=StrCompare(st1,st2); if(flag=0) cout<<"字符串st1與st2相等"<

13、;<endl; else if(flag>0) cout<<"字符串st1比st2大"<<endl; else cout<<"字符串st1比st2小"<<endl; break ; case 4:cout<<"請(qǐng)輸入要連接的兩個(gè)字符串S1 & S2"<<endl; cout<<"請(qǐng)輸入第一個(gè)字符串（長(zhǎng)度<20）:" cin>>ch1; InitString(&st1); StrAssig

14、n(&st1,ch1); cout<<"請(qǐng)輸入第二個(gè)字符串（長(zhǎng)度<20）:" cin>>ch1; InitString(&st2); StrAssign(&st2,ch1); InitString(&T);Concat(&T,st1,st2);cout<<"連接后的新字符串:"<<endl;PrintString(T);break; case 5:cout<<"請(qǐng)輸入主串S（長(zhǎng)度<20）:"<<endl;cin&

15、gt;>ch1; InitString(&S); StrAssign(&S,ch1); InitString(&sub); cout<<"請(qǐng)輸入起始位置p:"<<endl; cin>>p; cout<<"請(qǐng)輸入子串的長(zhǎng)度len(請(qǐng)考慮主串的長(zhǎng)度)"<<endl; cin>>len; cout<<"所求子串為："<<endl; SubString(&sub,S,p,len); PrintString(su

16、b); break;case 6:cout<<"確定要清空的字符串（Y/N）"<<endl;cin>>cl;if(cl='y'|cl='Y') ClearString(&st1); ClearString(&st2); ClearString(&sub); ClearString(&T);cout<<"字符串操作清除成功！"<<endl;break;default:cout<<"操作錯(cuò)誤！請(qǐng)輸入正確序號(hào)！&qu

17、ot;<<endl; ; return 0;主函數(shù)的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)定義mystring類的對(duì)象，然后通過(guò)生成的對(duì)象去調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)從而達(dá)到調(diào)試所編寫的函數(shù)功能的目的。此主函數(shù)有著演示函數(shù)的要求，為了使它能夠更靈活的進(jìn)行函數(shù)的調(diào)用，首先設(shè)計(jì)了一個(gè)循環(huán)體，由整型變量a控制，當(dāng)a=0時(shí)就結(jié)束循環(huán)。而在循環(huán)體中又由switch(a)函數(shù)來(lái)控制，通過(guò)輸入不同的a的值來(lái)控制不同的操作，即函數(shù)的演示。5 DOS界面程序運(yùn)行結(jié)果及分析從它運(yùn)行的界面可以看出，當(dāng)進(jìn)入函數(shù)調(diào)試狀態(tài)時(shí)我們可也通過(guò)輸入相應(yīng)的操作序號(hào)來(lái)選擇不同的操作。例如選擇輸入1將進(jìn)入字符串的賦值操作。下面就來(lái)看一下相應(yīng)的函數(shù)。輸入1點(diǎn)回

18、車鍵就被要求輸入要賦得值,函數(shù)原型為StrAssign(&T, chars),執(zhí)行后就把字符串chars賦給對(duì)象T了。輸入2則進(jìn)入字符串的長(zhǎng)度函數(shù)，我們要測(cè)試它的功能只要輸入一個(gè)字符串就可以加以驗(yàn)證。例如上圖所示輸入字符串為：sfdffgffh,則串長(zhǎng)為9.選擇4則進(jìn)行字符串的比較功能，這個(gè)函數(shù)需要讀取相比較的兩個(gè)字符串，通過(guò)對(duì)字符串的每個(gè)字符的逐個(gè)的比較有一個(gè)返回值返給調(diào)用函數(shù)。選擇4則進(jìn)行字符串的連接功能，把一個(gè)字符串連在另一個(gè)字符串的后面，如上圖所示：第一個(gè)字符串為dfghgh,另一個(gè)字符串為fgghf,則連接的字符串為dfghghfgghf。輸入5則選擇求字符串子串的功能，這個(gè)

19、函數(shù)需要輸入一個(gè)主串，起始位置p和子串長(zhǎng)度len,輸入好參數(shù)后就可輸出所求的子串了。因?yàn)樯鲜鲎址僮髦卸冀o字符串賦了值，所以需要字符串，回到初始狀態(tài)。選擇0則結(jié)束函數(shù)演示。5.1 程序運(yùn)行結(jié)果圖2 程序運(yùn)行結(jié)果從圖2中可以看出，程序能夠?qū)崿F(xiàn)全選主元高斯消去法對(duì)于線性方程組的求解，但是，對(duì)于求解結(jié)果的正確性問(wèn)題卻無(wú)法獲知，為了能夠驗(yàn)證求解結(jié)果的正確性，考慮將求解結(jié)果x帶入原方程Ax=b中，如果滿足原方程，即說(shuō)明求解結(jié)果是正確的，否則，說(shuō)明求解存在問(wèn)題，需對(duì)程序進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)試分析。為此，考慮在Linequ類中增加測(cè)試函數(shù)Test，用以驗(yàn)證求解結(jié)果的正確性。void Linequ:test()/求

20、解結(jié)果驗(yàn)證函數(shù)double *b2;b2=new doubleindex;for (int i=0;i<index;i+)/將解solu帶入原方程求出新的右端項(xiàng)b2b2i=0;for (int j=0;j<index;j+)b2i=b2i+MatrixAi*index+j*soluj;for (i=0;i<index;i+)/輸出新的右端項(xiàng)cout<<b2i<<" "cout<<endl;在主函數(shù)main中增加語(yǔ)句：equ1.test();/驗(yàn)證求解結(jié)果經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的程序運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。圖3 程序運(yùn)行結(jié)果的驗(yàn)證從圖3中可

21、以看出，方程組求解驗(yàn)證的右端項(xiàng)結(jié)果與原右端項(xiàng)結(jié)果完全一致，這說(shuō)明了方程組求解的正確性。5.2運(yùn)行結(jié)果分析整個(gè)程序中的矩陣存儲(chǔ)采用的是一維數(shù)組和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方式。基類是專門處理矩陣的類，公有派生類Linequ是針對(duì)線性方程組而設(shè)計(jì)的，除了繼承基類的基本特征之外，結(jié)合問(wèn)題的實(shí)際需要，增加了很多線性方程組所特有的成員，使基類Matrix進(jìn)一步具體化、特殊化，達(dá)到對(duì)問(wèn)題的有效描述和處理。程序的訪問(wèn)控制也是根據(jù)問(wèn)題的需要而設(shè)計(jì)的?；惖臄?shù)據(jù)成員的存儲(chǔ)、維護(hù)著矩陣數(shù)據(jù)，這正是派生類方程組的系數(shù)矩陣，使派生類解方程成員函數(shù)必須訪問(wèn)的。利用保護(hù)成員特征，將基類數(shù)據(jù)成員的訪問(wèn)控制屬性設(shè)置為保護(hù)型，在公有派生類L

22、inequ中就可以訪問(wèn)到基類繼承下來(lái)的保護(hù)成員；而對(duì)于類外的其余模塊，這些數(shù)據(jù)無(wú)法訪問(wèn)。這樣，就在數(shù)據(jù)的共享與隱藏之間尋找到一個(gè)比較恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合點(diǎn)。在派生過(guò)程中，基類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)無(wú)法繼承下來(lái)，因此在派生類中需要添加構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)來(lái)完成派生類的初始化和最后清理工作。派生類的構(gòu)造函數(shù)通過(guò)調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)來(lái)對(duì)基類數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，本設(shè)計(jì)中，派生類Linequ的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用了基類Matrix的構(gòu)造函數(shù)并傳遞必須的初始化參數(shù)。派生類的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，共同完成清理任務(wù)。6 基于MFC的圖形界面程序開(kāi)發(fā)MFC的圖形界面程序設(shè)計(jì)可在上述類設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，MFC的圖形界面程序與DOS

23、界面程序的主要不同點(diǎn)是：MFC圖形界面程序與DOS界面程序的輸入輸出方式不同，DOS界面程序采用字符交互式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出，主要通過(guò)cin，cout等I/O流實(shí)現(xiàn)，而MFC的圖形程序界面采用標(biāo)準(zhǔn)Windows窗口和控件實(shí)現(xiàn)輸入輸出，因此必須在MFC類的框架下加入上面所設(shè)計(jì)的矩陣和方程組類，并通過(guò)圖形界面的輸入輸出改造來(lái)完成。6.1 基于MFC的圖形界面程序設(shè)計(jì)（1）界面設(shè)計(jì)首先在VC中建立MFC AppWizard(exe)工程，名稱為GuassLineGUI，并在向?qū)У腟tep1中選擇Dialog based，即建立基于對(duì)話框的應(yīng)用程序，如下圖45所示。圖4 建立MFC AppWizard(

24、exe)工程圖5 建立基于對(duì)話框的應(yīng)用程序?qū)?duì)話框資源中的默認(rèn)對(duì)話框利用工具箱改造成如下界面，如圖6所示。圖6 方程組求解程序界面設(shè)計(jì)圖6所示的界面中包含了3個(gè)Static Text控件，3個(gè)Button控件，和24個(gè)Edit Box控件，控件的基本信息列表如下表1所示。表1 控件基本信息控件類別控件ID控件Caption說(shuō)明Static TextIDC_STATIC系數(shù)矩陣A方程組右端項(xiàng)b解XBottonIDC_BUTTON_Read讀入數(shù)據(jù)IDC_BUTTON_CALC計(jì)算求解IDC_BUTTON_Exit退出Edit BoxIDC_EDIT_A00 IDC_EDIT_A33矩陣A的16個(gè)

25、元素IDC_EDIT_b0 IDC_EDIT_b3向量b的4個(gè)元素IDC_EDIT_X0 IDC_EDIT_X3解X的4個(gè)元素（2）代碼設(shè)計(jì)為了能夠?qū)?duì)話框界面上的控件能夠與代碼聯(lián)系起來(lái)，需要為24個(gè)Edit Box控件建立Member Variables，按Ctrl+w鍵進(jìn)入MFC ClassWizard界面，選擇Member Variables選項(xiàng)卡，可顯示成員變量設(shè)置界面，如圖7所示。圖7 成員變量設(shè)置界面通過(guò)該界面設(shè)置與24個(gè)Edit Box控件對(duì)應(yīng)的成員變量，具體如表2所示。表2 控件基本信息控件ID成員變量類型成員變量名稱IDC_EDIT_A00 IDC_EDIT_A33doubl

26、em_A00m_A33IDC_EDIT_b0 IDC_EDIT_b3doublem_b0m_b3IDC_EDIT_X0 IDC_EDIT_X3doublem_X0m_X3下面是編寫代碼的重要階段，可以借鑒在設(shè)計(jì)基于DOS界面的控制臺(tái)應(yīng)用程序的代碼，并將其作必要的改寫，具體改寫的步驟與內(nèi)容如下。將Linequ.h文件和Linequ.cpp文件合并成一個(gè)文件，重新命名為L(zhǎng)inequ.h，并將其加入MFC工程。修改Linequ.h文件具體包括：l 將顯示矩陣PrintM()函數(shù)和顯示方程PrintL()函數(shù)注釋掉，因?yàn)樵趫D形界面的程序上已經(jīng)不需要連個(gè)函數(shù)承擔(dān)輸出功能了；l 將輸出方程組的解ShowX

27、()函數(shù)加入?yún)?shù)double x變成ShowX(double x)，以實(shí)現(xiàn)將所求的解輸出至參數(shù)x中，并最終完成在對(duì)話框界面上的顯示；l 將全選主元高斯法求解函數(shù)Solve()中的兩處cout語(yǔ)句去掉，因?yàn)椴恍枰膊荒軌蚴褂胏out流實(shí)現(xiàn)輸出。在對(duì)話框類的實(shí)現(xiàn)文件GuassLineGUIDlg.cpp中加入#include "Linequ.h"，以實(shí)現(xiàn)在該文件中可使用Linequ類。在GuassLineGUIDlg.cpp文件中加入以下全局變量的定義，以實(shí)現(xiàn)GuassLineGUIDlg類和Linequ類之間的通信，具體代碼如下：double a=/系數(shù)矩陣0.2368,0.

28、2471,0.2568,1.2671,0.1968,0.2071,1.2168,0.2271,0.1581,1.1675,0.1768,0.1871,1.1161,0.1254,0.1397,0.1490;double b4= 1.8471,1.7471,1.6471,1.5471;/方程右端項(xiàng)double *X;/存放方程組的解編寫讀入數(shù)據(jù)按鈕的消息處理函數(shù)，實(shí)現(xiàn)將矩陣和右端項(xiàng)的數(shù)據(jù)刷新到界面上，具體代碼如下：void CGuassLineGUIDlg:OnBUTTONRead() / TODO: Add your control notification handler code here

29、m_A00=a0; m_A01=a1; m_A02=a2; m_A03=a3;m_A10=a5; m_A11=a6; m_A12=a7; m_A13=a8;m_A20=a9; m_A21=a10; m_A22=a11; m_A23=a12;m_A30=a13; m_A31=a14; m_A32=a15; m_A33=a16;m_b0=b0; m_b1=b1; m_b2=b2; m_b3=b3;UpdateData(FALSE);編寫計(jì)算求解按鈕的消息處理函數(shù)，實(shí)現(xiàn)將方程求解，具體代碼如下：void CGuassLineGUIDlg:OnButtonCalc() / TODO: Add your control notification handler code hereLinequ equ1(4);/定義一個(gè)四元方程組對(duì)象equ1.SetLinequ(a,b);/設(shè)置方程組X=new double4;if(equ1.Solve()/求解方程組equ1.ShowX(X);/輸出方程組的解m_X0=X0;m_X1=X1;m_X2=X2;m_X3=X3;UpdateData(FALSE);elseMessageBox("求解失敗");/求解失敗