C++程序设计大作业2.doc

程序设计基础大作业姓 名：学 号：班 级：成 绩：信息科学与工程学院2009年7月5日程序设计基础大作业1.矩阵的综合运算1.1.需求陈述此程序为设计一套C函数库用于矩阵的计算,实现矩阵的各种计算功能，同时把矩阵的行列和矩阵的元素封装在一起，使关于矩阵的各种信息更加方便被用户运用。1.2.需求分析函数功能需求：项目功能子功能备注Matrix初始化矩阵的初始化initMatrix()矩阵的具体定义为：typedef struct size_t line;size_t row;int elMAX_MATRIXMAX_MATRIX; Matrix;初始化为单位矩阵Identity()从文件输入readMatrix()和向文件输出writeMatrix()矩阵运算判断矩阵是否为空：isEmptyMatrix()矩阵加法addMatrix矩阵乘法multiMatrix()求逆矩阵inverseMatrix()求矩阵的转置transMatrix()求矩阵行列式的值数据需求：为提高计算准确性和节约时间，故提前在文件中录入数据，矩阵计算时大多直接调用。1.3. 程序设计思想1.3.1 数据类型矩阵采用静态的二维整型数组来表示，将矩阵的行数、列数和二维数组封装在一个结构体中。矩阵的上限可用符号常量“MAX_MATRIX”来表示，实际的行和列的项数由结构体中表示行和列的数据项控制。矩阵的具体定义为：#define MAX_MATRIX 100typedef size_t line; /矩阵的行数size_t row; /矩阵的行数int elMAX_MATRIXMAX_MATRIX;/矩阵元素 Matrix;1.3.2 功能分析a) 矩阵的初始化Matrix initMatrix(int *a, size_t m, size_t n)功能：用一个m行n列的二维数组a来初始化一个矩阵，把行列和元素封装在一起，该矩阵的值作为返回值，返回值的类型为一个结构体类型。实现思路：矩阵的行数初始化为二维数组的行数，矩阵的列数初始化为二维数组的列数，矩阵的元素初始化为二维数组的元素。返回初始化后的矩阵。b) 初始化为单位矩阵Matrix Identity(size_t m);功能：创建一个m行m列的单位矩阵，矩阵的值作为返回值，返回值的类型为一个结构体类型。实现思路：矩阵的行和列初始化为相同值，矩阵的对角线元素初始化为1，其余元素初始化为0。返回初始化后的矩阵。c) 判断矩阵是否为空：size_t isEmptyMatrix(Matrix a);功能：判断一个矩阵a是否为空，是指某个matrix型变量内是否有数据，即是否已经存储了矩阵；返回值用来表示矩阵的元素个数：矩阵为空则返回0，否则返回矩阵元素个数。实现思路：若矩阵为空，则行列数为0，否则为非0，故可直接返回矩阵的行和列的乘积a-line*a-row。d) 从文件输入int readMatrix(Matrix *a, size_t m, size_t n, FILE *fp);和向文件输出int writeMatrix(Matrix *a, FILE *fp);功能：从文件fp中读取一个m行n列的矩阵，存入指针a所指示的存储空间内；向文件fp写入指针a所指示的存储空间内的矩阵；返回值均为实际读出（写入）的矩阵元素数目、若不能读或写则返回0。实现思路：从文件读出矩阵时，打开文件，不能读时返回0，否则读出m*n个元素，矩阵的行为m，矩阵的列为n。向文件写入矩阵时，不能写返回0，否则向文件写入m*n个元素，每n个为一行，共m行。e) 矩阵加法Matrix *addMatrix(Matrix *a, Matrix *b)矩阵乘法Matrix *multiMatrix(Matrix *a, Matrix *b)功能：把指针a所指示的存储空间内的矩阵与指针b所指示的存储空间内的矩阵向加（相乘），结果放入a所指示的存储空间内，返回值为存储结果的地址。实现思路：实现矩阵的加法时，若两矩阵为空矩阵或对应行列不相等，则不能相加，返回空指针NULL，否则，对应元素相加，结果放入a中，返回a；实现矩阵的乘法时，若两矩阵为空矩阵或a的列数和b的行数不相等，则不能相乘，返回空指针NULL，否则，a的行数为乘积矩阵的行数，b的列数为乘积矩阵的列数，a的第i行和b的第j列的对应元素的乘积的和为乘积矩阵的i行j列的元素。乘积放入a中，返回乘积矩阵的地址a。关键代码：/*a的第i行和b的第j列的对应元素的乘积的和为乘积矩阵的i行j列的元素*/for(int i=0;ic.line;i+) for(int j=0;jc.row;j+) c.elij=0; for(int k=0;krow;k+) c.elij+=a-elik*b-elkj; f) 求矩阵的转置Matrix transMatrix(Matrix *a)功能：求矩阵a的转置，返回转置矩阵。实现思路：把a的元素关于对角线互换，返回转置矩阵。g) 求行列式的值double HANGLIESHI(Matrix a)功能：在能求行列式的值时，计算行列式的之值并返回结果。实现思路：若矩阵为空矩阵或矩阵不是方阵，则不能求行列式的值，返回0。若矩阵只有一个元素，行列式的值就是该元素的值。否则运用递归方法，把行列式按行展开，求每个元素的代数余子式和该元素的积，在求和，即为行列式的值。关键代码：/*去掉第1行第j列，求其余子式*/if(tch);/释放内存空间 s-len=0;/长度赋值为0b) 初始化为空串Str initNullString()、判断是否为空串并求字符串长度size_t isNullString(Str *s)功能：初始化为空串，初始化成一个空字符串。判断是否为空串并求字符串长度，为进行字符串操作，先判断字符串是否为空。实现思路：初始化为空串，把Str类型的结构体成员（字符串和长度）都赋值为0。判断是否为空串并求字符串长度，若结构体成员中字符串长度为0，则字符串为空，否则不为空，返回字符串的长度值。关键代码：/*长度和内容都为空*/empty.len=0;empty.ch=0;c) 字符串比较int StringCmp(Str *s1, Str *s2)、字符串拷贝Str *StringCpy (Str *s1, Str *s2)、字符串连接Str *StringCat (Str *s1, Str *s2)功能：字符串比较，实现两个字符串的比较，返回比较大小值；字符串拷贝，把s2的字符串拷贝到s1中，返回拷贝后的字符串地址；字符串连接，把s2的字符串连接到s1的后面，返回连接后的字符串的地址。实现思路：字符串比较，用库函数比较；字符串拷贝，弱s1的字符串的长度小于s2，需重新给s1分配内存空间，然后用库函数把s2拷贝到s1中；字符串连接，连接后的字符串的长度大于s1，故需给s1重新分配内存空间，用库函数把s2连接到s1后面。关键代码：/*s1的存储空间不够，需重新开辟空间*/if(s1-lenlen) StringDes(s1);/释放原来空间 s1-ch=(char *)malloc( sizeof(char)*(s2-len+1);/重新开辟空间/*字符串的连接，s1内存不够，需重新开辟空间*/StringDes(s1);/释放原来空间s1-ch=(char*)malloc( sizeof(char)*(s1-len+s2-len+1);/重新开辟d) 取字符在串中第一次出现的位置char *StringChr(Str *s1, char c) 取字符在串中最后一次出现的位置char *StringrChr(Str *s1, char c)取子串在串中第一次出现的位置char *StringStrr(Str *s1, Str *s2)功能：查找字符或字符串在另一字符串中出现的位置，返回值为找到的地址。实现思路：直接用c语言库函数查找。e) 字符串的前n个字符的比较int StringnCmp(Str *s1, Str *s2,size_t n)、字符串的前n个字符的拷贝char *StringnCpy(Str *s1, Str *s2,size_t n)功能：字符串的前n个字符的比较，实现两个字符串钱n个字符之间的比较，返回比较结果。字符串的前n个字符的拷贝，实现两个字符串前n个字符之间的拷贝，返回拷贝结果的地址。实现思路：字符串的前n个字符的比较，直接用c语言库函数比较两字符串的前n个字符，返回比较大小。字符串的前n个字符的拷贝，若s1中字符串测长度小于s2，需给s1重新分配内存空间，再用c语言库函数实现前n个字符的拷贝，返回拷贝结果的地址。关键代码：/*若s1的长度小于n，需重新分配空间*/if(s1-len ch=(char *)malloc( sizeof(char)*n);/重新开辟空间f) 去字符串中常见的控制符size_t StringTrim(Str *s)功能：把字符串s中常见的文本占位符：回车（“n”值13）、换行（“r”值10、也叫软回车）、走纸符（“f”值12）、水平制表符（“t”值9）、垂直制表符（“v”值9）、空格（“ ”值32）。返回值为修改后s的长度。实现思路：一次从第一个字符开始查找，若第i个字符为控制符，查找后面的字符，若不为控制符，赋值给第i个字符。字符串的长度为新字符串的长度，并返回长度值。关键代码：for(i=0;ilen+1;i+)/*若第i个字符为控制符，查找第i个字符之后第一个不为控制符的字符*/ if(isspace(s-chi)!=0) for(t=i;tlen+1;t+) /*找到后赋值给第i个字符*/ if(isspace(s-cht)=0) s-chi+=s-cht; g) 字符串的文件输入输出size_t fgetSring(Str *s, int n, FILE *stream) 、size_t fputSring(Str *s, FILE *stream)功能：fputSring()把s中的字符串内容输出到文件流stream中，fgetSring从文件流stream中读取长度不超过n的字符，放入字符串s中。返回值意为实际读取或写入的字符串长度。实现思路：打开文件，若不能读或写，返回0，否则，从文件读出字符串初始化为Str型，返回读取的字符串的长度；把字符串写入文件，返回写入的字符串的长度。h) 字符串的字符终端界面的标准输入输出char* getSring(Str *s, int n)、 size_t fputSring(Str *s, FILE *stream)功能：从屏幕输入字符串和把字符串输出到屏幕，返回字符串的长度值。3.动态双向链表的操作3.1.需求陈述：设计一套C函数库用于动态双向循环链表的操作，同时把链表的结点数和链表的数据内容串封装在一起，使关于链表的各种信息更加方便被用户运用。3.2.需求分析：函数功能需求：项目功能子功能备注LinkList基本功能创建结点creat_node()/* 链表结点中存储的数据的类型：LNodeT */typedef int LNodeT;/* 链表结点的数据类型的预先声明 */struct linklist;/* 双向链表结点的数据类型，两部分：data为数据、next指向下一结点的地址,pre指向上一个结点的地址 */struct linklist LNodeT data;struct linklist *next;struct linklist *pre;字符串的销毁erase_node()头部插入insert_first()尾部追加insert_tail()头部删除delete_first()尾部删除delete_tail()按数据内容在链表中插入结点insert_by_data（）按顺序在链表中插入结点insert_by_sub()获取链表的长度linklen()按数据内容匹配结点travel_bydata()按下标访问链表trabel_byseq()数据需求：为提高计算准确性和节约时间，故提前在主函数中录入，链表操作时大多直接调用。3.3. 程序设计思想3.3.1 数据类型链表结点中存储的数据的类型为LNodeT，这里先定义为int类型。typedef int LNodeT;双向循环链表结点的数据类型包括两部分：data为数据、next和pre为向前和向后指针、分别用来存储前一结点和后一结点的地址。struct linklist LNodeT data;struct linklist *next; /*向后的指针*/struct linklist *pre; /*向前的指针*/;定义链表的数据类型LinkT，链表里每个结点都采用动态的内存分配。typedef struct linklist LinkT;3.3.2 功能分析a) 创建结点LinkT* creat_node(LNodeT a)、字符串的销毁#define erase_node(p) ( free(p) )功能：creat_node()用来初始化一个结点，在这个函数里为结点分配内存空间，所以要用一个LNodeT类型的参数把结点数据传进来；返回一个链表结点的指针LinkT*，把访问存储空间的首地址传出去。 erase_node()用来释放一个链表的结点，它需要一个结点的存储位置。实现思路：首先为新结点开辟内存空间，然后把数据赋值给新节点，把向前和向后的指针赋值为空，返回该结点的地址。关键代码：LinkT *p=(LinkT*)malloc(sizeof(LinkT);/为新节点开辟空间p-next=NULL;/把向后的指针赋值为空p-pre=NULL;/把向前的指针赋值为空b) 头部插入LinkT* insert_first(LinkT *head, LinkT *p)LinkT* insert_first1(LinkT *head, LNodeT a)尾部追加LinkT* insert_tail(LinkT *head, LinkT *p)功能：在链表的头部和尾部分别插入一个结点，返回新链表的头指针。实现思路：头部插入：若原链表为空，新链表只有一个结点，向前和向后的指针指向本身。否则，新结点的向前的指针指向原链表的尾，向后的指针指向原链表的第一个结点，head指向新结点，插入新结点。若根据结点的数据内容插入，需先创建结点。尾部追加：若原链表为空，新链表只有一个结点,相当于在头部插入，否则，相当于先在头部插入，再把head向后移动一个位置。关键代码： 1 头部插入中if(!head)/此时原链表为空链表，插入后只有一个结点p-next=p;p-pre=p;head=p;elsep-pre=head-pre;/p的前一个结点指向原链表尾p-next=head;/p的后一个结点指向原链表头head-pre-next=p;/原链表尾的下一个结点指向phead-pre=p;/原链表头的上一个结点指向phead=p;/链表头改变2 尾部追加中if(!head)/原链表为空，相当于在头部插入一个结点 head= insert_first(head,p);else/*相当于先在头部插入，再把head向后移动一个位置*/ q=insert_first(head,p); head=q-next;c) 头部删除LinkT* delete_first(LinkT *head)、尾部删除LinkT* delete_tail(LinkT *head)功能：在链表的头部和尾部分别删除一个结点，返回新链表的头指针。实现思路：头部删除：链表为空，不用删除，若有一个结点，删除该结点，新链表为空。否则，head后移一个位置，原来的head结点释放掉。尾部删除：链表为空，不用删除，否则，相当于head向前移动一个位置，删除头结点。关键代码：1 头部删除中 else if(head-next=head)/只有一个结点，删除该结点 erase_node(head);/释放结点 head=NULL;/此时新链表为空 else /*把头结点删除，并释放掉，head向后移动一个位置*/ p=head-next; head-pre-next=p; p-pre=head-pre; erase_node(head);/释放结点 head=p; 2 尾部删除中 else /*相当于head向前移动一个位置，删除头结点*/ head=q; head-next=p; p-pre=head; q-pre-next=head; return delete_first(head);/返回删除结点后的头指针 d) 按数据内容在链表中插入结点LinkT* insert_by_data(LinkT *head,LNodeT node) 按顺序在链表中插入结点LinkT* insert_by_sub(LinkT *head, LinkT *p,int n)功能：实现在链表中插入新结点，返回插入结点后的头指针。实现思路：按数据内容在链表中插入结点：先把数据内容初始化为结点，若链表为空，相当于在头部插入，若第一个结点数据大于node，相当于在头部插入，否则，查找第一个大于node的结点，把新结点插入到该结点前面，没有找到，把新结点插入到尾部。按顺序在链表中插入结点：链表为空，相当于在尾部插入，若输入顺序值超过链表长度，不插入。若n=1相当于在头部插入，否则，遍历链表，找到第n个位置，插入结点。关键代码：1 按数据内容插入 LinkT *q,*p=creat_node(node);/先把数据内容初始化为结点 if(head=NULL | head-data node)/链表为空，相当于在头部插 head=insert_first(head,p); else /*查找第一个大于node的结点，把新结点插入到该结点前面*/ for(q=head-next; q-data next); if(q=head)/没有找到，把新结点插入到尾部 head=insert_tail(head,p);2 按顺序插入 if(!head| n=1)/相当于在头部插入 head=insert_first(head,p); else /*遍历链表，找到第n个位置，插入结点到 q 的前面*/ for(i=2,q=head-next;inext); if(q=head)/如果结点数小于n，插入到尾部 head=insert_tail(head,p);e) 获取链表的长度size_t linklen(LinkT *head)功能：获取链表的长度实现思路：若链表为空，返回0，否则依次找到不为head的结点，找出结点的数目，并返回该值。关键代码：if(head=NULL) return 0;/链表为空，返回0/*不为空，依次找到不为head的结点，找出结点的数目*/while(p-next!=head) p=p-next; n+;f) 链表的遍历：按数据内容匹配结点LinkT* travel_bydata(LNodeT* a, LinkT* head)、按下标访问链表LinkT* travel_byseq(LNodeT* a, LinkT* head, size_t n)功能：travel_bydata()跟距a指向的结点的数据内容来匹配链表head中的结点，把匹配到的结点地址传出去。travel_byseq()使得链表可以向数组一样依下标访问，虽然没有那么快。它这倒head中的第n个结点，把该结点的内容复制到a所指的内存之中，并把第n个结点的地址传出去。实现思路：按数据内容匹配结点：若链表为空，返回空指针，第一个满足，返回头指针，否则遍历链表，查找满足的结点，返回该结点的指针，若没有找到，返回空指针。按下标访问链表：链表为空，返回空指针，第一个满足，把数据赋值给*a，返回头指针，否则找到第n个结点，把数据赋值给*a，返回该结点的地址，若没有找到，返回空指针。关键代码：1 按数据内容匹配结点中 if(head=NULL)/链表为空，返回空指针 return NULL; else if(head-data=*a)/第一个满足，返回头指针 return head; else /*遍历链表，查找满足的结点，返回该结点的指针*/ p=head-next; for(p=head-next;p-data!=*a & p!=head;p=p-next);2 按下标访问链表 else if(head=NULL)/链表为空，返回空指针 return NULL; else if(n=1)/第一个满足返回头指针 *a=head-data;/把数据赋值给*a else /*找到第n个结点，把数据赋值给*a，返回该结点的地址*/ for(i=2,p=head-next;inext); if(p=head)/若没有找到，返回空指针 return NULL;g) 链表的输出void outputLinkT(LinkT *head)功能：输出链表的各结点的数据。实现思路：先输出第一个结点的数据，依次输出后面结点的数据，到head停止。测试数据及结果：141.矩阵的综合运算1.初始化矩阵成m行n列2.初始化m阶单位阵3.判断矩阵是否为空4.矩阵加法5.矩阵乘法6行列式的值7.矩阵的逆8.矩阵转置0.退出What do you choose?1初始化为行列数：m,n1,11.000写入文件元素个数为：1请按任意键继续. . .2.初始化单位阵阶数：m21.000 0.0000.000 1.0003.1读入矩阵为：元素个数为:0,是空矩阵3.2读入矩阵为：1.0002.000元素个数为:2,不是空矩阵4.1读入矩阵为：1.000 2.000读入矩阵为：1.000不能相加!4.2读入矩阵为：1.000 2.000读入矩阵为：1.000 2.000结果为:2.000 4.0005.1读入矩阵为：1.000 2.0003.000 4.000读入矩阵为：1.000 2.000不能相乘!5.2读入矩阵为：1.0002.000读入矩阵为：1.000 2.000结果为:1.000 2.0002.000 4.0006.读入矩阵为：1.000 2.0003.000 4.000行列式的值为:-2.0007.1读入矩阵为：1.000 2.0003.000 4.0005.000 6.000矩阵不能求逆!7.2读入矩阵为：1.000 2.0003.000 4.000结果为:-2.000 1.0001.500 -0.5008.读入矩阵为：1.000 2.0003.000 4.0005.000 6.000结果为:1.000 3.000 5.000 2.000 4.000 6.0002. 字符串操作1.字符串的初始化2.初始化为空串3.判断是否为空串并求字符串长度4.字符串比较、字符串拷贝、字符串连接5.取字符在串中第一次出现的位置 最后一次出现的位置 取子串在串中第一次出现的位置6.字符串的前n个字符的比较 字符串的前n个字符的拷贝7.去字符串中常见的控制符What do you choose?1Hello world.长度为:122.长度：0字符串：(null)3.1.读入字符个数为0读入字符串为：是空串!3.2. 读入字符个数为3读入字符串为：no不是空串! 长度为：24.读入字符串为：no pqr读入字符串为：no比较结果：1拷贝结果 str1:nobefor stringcat str2:no连接结果:nono5.1.读入字符串为：no pqrno读入字符串为：no字符c在串中第一次出现的位置 (null)字符c在串中最后一次出现的位置 (null)子串str2在串str1中第一次出现的位置: no pqrno5.2. 读入字符串为：no pqrnos读入字符串为：no字符o在串中第一次出现的位置 o pqrnos字符o在串中最后一次出现的位置 os子串str2在串str1中第一次出现的位置:no pqrnos6.Hello world.my assignment.前3个字符比较结果：-1前3个字符拷贝结果：my lo world.