C++课程设计报告

课程设计任务书姓名李尾冬学号0903030112班级09030301电子信息工程课程名称C++语言程序设计课程性质设计时间2011年6月26日——2011年6月29日设计名称小型特殊计算器设计要求设计思路与设计过程计划与进度任课教师意见说明课程设计报告课程：面向对象程序设计学号：0903030112姓名：李尾冬班级：09030301教师：沈阳理工大学信息学院课程设计名称：小型特殊计算器1.设计内容：实现一个特殊的计算器，可以实现复数、有理数、矩阵和集合的特殊计算。程序可以实现复数、有理数的加、减、乘、除，可以实现矩阵的加法、减法和乘法运算，也可以实现集合的求交集、并集、子集的运算。2.设计目的与要求：2.1设计目的达到熟练掌握C++语言的基本知识和技能；基本掌握面向对象程序设计的基本思路和方法；能够利用所学的基本知识和技能，解决简单的面向对象程序设计问题。2.2设计要求要求利用面向对象的方法以及C++的编程思想来完成系统的设计；要求在设计的过程中，建立清晰的类层次；在系统的设计中，至少要用到面向对象的一种机制。3.系统分析与设计3.1主要知识点运算符重载增加了C++语言的可扩充性。运算符的重载实际上就是一种函数调用的形式，可以用成员函数重载运算符，就是将运算符重载定义为一个类的成员函数的形式；也可以用友元函数重载。用友元重载运算符的友元函数是独立于类以外的一般函数。3.2关键技术程序中每一种数据类型用一个类来实现，共设计了4个类。复数类complex，矩阵类matrix，有理数类rational以及集合类set。每一种类都定义了相应的运算符重载函数。具体定义如下所示：（1）类complex类complex中，成员变量image表示虚部，real表示实部。成员函数print()用来显示数据。运算符重载函数都是用友元函数来实现的。分别重载+、-、*、/运算符。（2）类matrix类matrix中，成员变量elems用来存放矩阵的所有元素，rows表示矩阵的行，cols表示矩阵的列。成员函数SetElems()用来给矩阵中的每一个元素赋值，Disp()用来显示矩阵中的所有元素。其它友元函数分别重载+、-、*、/运算符。（3）类rational类rational中，有两个成员变量：denominator用来表示有理数的分母，numerator表示有理数的分子。有理数成员函数print()用来显示有理数，optimization()用来优化有理数函数。友元函数real()用来将有理数转换为实数，其它友元函数分别重载+、-、*、/运算符。（4）类set类set中，有两个成员变量：elems用来存储集合中的元素，card表示集合中元素的个数。成员函数print()用来输出集合中的元素，additem()用来给集合增加元素。友元函数分别重载了&、==、!=、+、*、、=运算符。程序中的运算符重载函数都用友元函数来实现。①类complex的友元函数复数的表达形式为a+bi，对复数进行运算符重载不像对一般书进行运算那样简单，它的运输方法如下：加法：(a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i减法：(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)重载函数将以上算法用在了函数中。②类matrix的友元函数矩阵类的赋值，实质上是给二维数组赋值；矩阵相加减就是两个行数列数相同的二维数组相加减；二维数组相乘，其实就是两个二维数组，其中一个的行数等于另一个的列数，按矩阵相乘的法则进行计算。③类rational的友元函数对有理数类进行的操作有下面几种：有理数相加：当两个有理数a/b和c/d相加时，可得到这样的算式：a/b+c/d=(a*d+b*c)/(b*d)有理数相减：当两个有理数a/b和c/d相减时，得到的结果是：分子：a*d-b*c分母：b*d有理数相乘：当两个有理数a/b和c/d相乘时，得到的结果是：分子：a*c分母：b*d有理数相除：当两个有理数a/b和c/d相除时，得到的结果是：分子：a*d分母：b*c每次得到结果时，都需要对有理数进行优化。④类set的友元函数集合类的运算符重载操作主要有以下几种：判定某一元素是否属于集合：此操作用重载运算符函数&实现，返回值只有两种情况true或者false，取bool类型。判断两个集合是否相等：判定两个集合是否相等，需要看两个集合中所包含的元素是否相同，并且不管顺序如何。用重载运算符==来实现。判断两个集合是否不等：是相等操作的取反，用!=来实现两个集合的交集：即求出两个集合中的公共元素，用运算符*实现。两个个集合的并集：即两个集合相合并，合并以后去掉重复的元素，用运算符+来实现。判定一个集合是否是另一个集合的子集：用运算符=来实现判定一个集合是否是另一个集合的纯子集：用运算符实现3.3基本功能要求（1）功能选择可以用菜单来实现例如：请选择您的计算内容：1.复数计算2.有理数计算3.矩阵计算4.集合计算0.退出用户通过输入不同的数字进入不同的菜单。次级菜单主要显示本程序的功能，主要的功能有加法、减法、乘法和除法以及集合的求交集、求并集、求子集。（2）运行时给出明确的提示信息。比如，输入一个什么类型的数据。根据用户的输入计算输出结果。由于数据类型比较多，可以一次输入第一个复数的实部，第一个复数的虚部，再输入第二个复数的实部、虚部。矩阵运算需要先输入矩阵的行数和列数，然后依次输出矩阵的第一行第一列的元素、第一行第二列的元素等等，依次类推。有理数运算需要一次输入有理数的分子、分母。集合运算需要输入集合的元素个数，然后依次输入集合中的每一个元素。4.系统总体设计(确定程序功能模块)本程序的功能结构如1所示：图1程序功能结构图5.源程序代码/*****************************************************************************/#includeiostream.h#includemath.h#includeiomanip.h/*****************************************************************************///定义有理数类classrational{public:voidprint();//输出函数rational(intx=0,inty=0);virtual~rational();friendrationaloperator+(rationalnum1,rationalnum2);//重载运算符+friendrationaloperator-(rationalnum1,rationalnum2);//重载运算符-friendrationaloperator*(rationalnum1,rationalnum2);//重载运算符*friendrationaloperator/(rationalnum1,rationalnum2);//重载运算符/friendbooloperator==(rationalnum1,rationalnum2);//重载运算符==frienddoublereal(rationalx);//声明转换函数private:voidoptimization();//优化有理数函数intdenominator;//分母intnumerator;//分子};/*****************************************************************************///定义矩阵类classmatrix{public:voidDisp();//显示矩阵所有元素intmatrix::operator()(shortrow,shortcol);//重载运算符成员函数()voidSetElem(shortrow,shortcol,intval);//将元素(row,col)设置为valmatrix();matrix(shortr,shortc){rows=r;cols=c;elems=newint[rows*cols];}virtual~matrix();friendmatrixoperator+(matrixp,matrixq);//重载运算符＋friendmatrixoperator-(matrixp,matrixq);//重载运算符－friendmatrixoperator*(matrixp,matrixq);//重载运算符×private:int*elems;//存放矩阵的所有元素shortcols;//矩阵的列shortrows;//矩阵的行};/*****************************************************************************///定义集合类enumerrcode{noerr,overflow};classset{public:voidprint();//显示输出集合元素set(){card=0;}virtual~set();errcodeadditem(int);//增加集合元素friendbooloperator&(int,set);//声明重载运算符&，判断某一整数是否属于某一集合friendbooloperator==(set,set);//声明重载运算符==,判断两个集合是否相等friendbooloperator!=(set,set);//声明重载运算符!=，判断两个集合是否不等friendsetoperator*(set,set);//声明重载运算符*，求两个集合的交friendsetoperator+(set,set);//声明重载运算符+,求两个集合的并friendbooloperator(set,set);//声明重载运算符,判断某一集合是否为另一集合的纯子集friendbooloperator=(set,set);//声明重载运算符＝,判断某一集合是否为另一集合的子集private:intelems[16];intcard;};/*****************************************************************************///有理数类的各个成员函数的具体定义rational::rational(intx,inty){numerator=x;denominator=y;optimization();//有理数优化}rational::~rational(){}/*****************************************************************************//*函数名称：optimization功能描述：定义有理数优化函数修改记录：*/voidrational::optimization(){intgcd;if(numerator==0)//如果分子为零，则分母为1后返回{denominator=1;return;}//取分子分母中较小的数作为公约数极限gcd=(abs(numerator)abs(denominator))?abs(numerator):abs(denominator);if(gcd==0)return;//若为0，则返回for(inti=gcd;i1;i--)//用循环找最大公约数if((numerator%i==0)&&(denominator%i==0))break;numerator/=i;//i为最大公约数，将分子分母整除它，重新赋值denominator/=i;//若分子分母均为负数，则结果为正if(numerator0&&denominator0){numerator