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# 数学考试系统 - 项目说明文档

## 项目概述

这是一个基于C++实现的智能数学题目生成系统，支持小学、初中、高中三个不同难度级别的题目自动生成。系统具有用户管理、题目查重、文件保存和日志记录等完整功能。

## 项目结构

### 核心模块

| 模块     | 文件                      | 功能描述                     |
| -------- | ------------------------- | ---------------------------- |
| 主程序   | `main.cc`                 | 程序入口，系统配置和启动     |
| 系统核心 | `exam_system.h/.cc`       | 系统主流程控制，用户会话管理 |
| 题目生成 | `problem_generator.h/.cc` | 不同难度题目生成器实现       |
| 文件管理 | `file_manager.h/.cc`      | 用户目录和题目文件管理       |
| 查重服务 | `duplicate_checker.h`     | 题目重复性检查               |
| 输入验证 | `input_validator.h/.cc`   | 各类输入数据验证             |
| 日志系统 | `logger.h/.cc`            | 分级日志记录                 |

## 详细设计说明

### 1. 系统架构

```mermaid
graph TD
    A[ExamSystem<br/>系统控制中心] --> B[ProblemGenerator<br/>题目生成器]
    A --> C[FileManager<br/>文件管理器]
    A --> D[DuplicateChecker<br/>查重服务]
    
    B --> B1[小学生成器]
    B --> B2[初中生成器] 
    B --> B3[高中生成器]
    
    C --> C1[目录操作]
    C --> C2[文件操作]
    
    D --> D1[历史题目管理]
    D --> D2[重复检查]
```



### 架构分层说明

| 层次       | 组件               | 职责          | 设计模式           |
| :--------- | :----------------- | :------------ | :----------------- |
| 用户交互层 | 用户界面           | 控制台I/O处理 | -                  |
| 核心控制层 | ExamSystem         | 系统流程控制  | 状态模式           |
| 业务逻辑层 | ProblemGenerator等 | 核心业务处理  | 工厂模式、策略模式 |
| 数据访问层 | FileManager        | 数据持久化    | -                  |
| 基础设施层 | Logger等           | 支撑服务      | 单例模式           |
| 数据存储层 | 文件系统           | 数据存储      | -                  |



### 2. 用户管理

**预置用户账户**：

- 小学组：张三1、张三2、张三3
- 初中组：李四1、李四2、李四3  
- 高中组：王五1、王五2、王五3
- 密码：均为"123"

### 3. 题目生成器设计

#### 3.1 小学题目生成器 (`PrimarySchoolGenerator`)

- **运算符**：+、-、×、÷
- **特点**：确保计算结果不为负数
- **操作数**：2-5个
- **数值范围**：1-100

**示例题目**：15 + 23 - 7 × 3

#### 3.2 初中题目生成器 (`MiddleSchoolGenerator`)

- **新增运算符**：平方(²)、开根号(√)
- **特点**：至少包含一个特殊运算符
- **操作数**：1-5个

**示例题目**：(5)² + √16 × 3

#### 3.3 高中题目生成器 (`HighSchoolGenerator`)

- **新增运算符**：sin、cos、tan
- **特点**：包含三角函数计算
- **角度范围**：0-360度

**示例题目**：sin(45°) + cos(90°) × 2

### 4. 核心算法实现

#### 4.1 表达式求值算法
```cpp
// 处理运算符优先级：先乘除，后加减
int EvaluateExpression(const std::string& expression) {
    // 1. 分词处理
    // 2. 第一遍：处理乘除法
    // 3. 第二遍：处理加减法
    // 4. 返回最终结果
}
```

#### 4.2 题目查重机制

- 基于用户名的题目历史记录
- 实时检查新生成题目是否重复
- 支持历史题目加载

#### 4.3 文件命名策略

```cpp
// 格式：YYYY-MM-DD-HH-MM-SS.txt
std::string GenerateFilename() {
    //1.获取当前时间
    //2.生成格式字符串
    //3.返回文件名
}
```

### 5. 系统配置参数

| 参数           | 值   | 说明                       |
| :------------- | :--- | :------------------------- |
| 最小题目数量   | 10   | 单次生成最少题目数         |
| 最大题目数量   | 30   | 单次生成最多题目数         |
| 操作数最小值   | 1    | 题目中数字的最小值         |
| 操作数最大值   | 100  | 题目中数字的最大值         |
| 最大操作数个数 | 5    | 单个题目最多包含的数字个数 |

### 6. 使用流程

1. **启动系统**

   ```bash
   ./exam_system
   ```

2. **用户登录**

   ```bash
   请输入用户名和密码（用空格隔开）: 张三1 123
   ```

3. **题目生成**

   ```BASH
   当前选择为小学出题
   准备生成小学数学题目，请输入生成题目数量（输入-1将退出当前用户，重新登录）: 15
   ```

4. **类型切换**

   ```bash
   切换为初中
   准备生成初中数学题目，请输入生成题目数量...
   ```

5. **退出登录**

   ```bash
   准备生成小学数学题目，请输入生成题目数量（输入-1将退出当前用户，重新登录）: -1
   ```

### 7. 文件存储结构

```text
项目根目录/
├── 张三1/
│   ├── 2025-01-15-10-30-45.txt
│   └── 2025-01-15-11-15-20.txt
├── 李四1/
│   └── 2025-01-15-09-45-10.txt
└── 王五1/
    └── 2025-01-15-14-20-35.txt
```

### 8. 设计模式应用

#### 8.1 工厂模式

```cpp
std::unique_ptr<ProblemGenerator> factory = 
    ProblemGeneratorFactory::CreateGenerator("小学");
```

#### 8.2 策略模式

不同难度的题目生成器实现统一的`ProblemGenerator`接口

#### 8.3 单例模式

日志系统和文件管理器使用静态方法提供全局访问

### 9.系统要求

**操作系统**

- **仅支持 Windows 系统**
- 不支持 Linux、macOS 等其他操作系统

**编译器要求**

- **支持 C++17 标准的编译器**
- 推荐使用：
  - Microsoft Visual Studio 2017 或更高版本
  - MinGW-w64 (GCC 8.0 或更高版本)
  - Clang with MSVC backend

### 10.编译和运行

**先到src目录下**

```bash
cd src
```

**编译命令**：	

```bash
g++ -std=c++17 -Wall -Wextra -I. -Iexam_system -Ifile_manager -Ilogger -o exam_system main/main.cc exam_system/exam_system.cc exam_system/problem_generator.cc exam_system/duplicate_checker.cc exam_system/input_validator.cc file_manager/file_manager.cc logger/logger.cc
```

**或者**

```bash
cd ../build
--config Debug --target all -j 12 --
```

**运行**:

```bash
.\exam_system.exe
```





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