doc/设计文档/设计文档第三版.md

@@ -0,0 +1,219 @@
+# 数学题库生成系统详细设计文档
+
+## 项目概述
+
+### 项目目标
+为小初高学生提供一个本地的桌面端图像化应用，支持用户注册和登录，根据学生年级按规则随机生成数学选择题，完成答题后自动计算分数
+
+### 技术栈
+
+| 类型     | 技术                       | 说明                                     |
+| -------- | -------------------------- | ---------------------------------------- |
+| 开发语言 | Java 21+                   | 保证跨平台兼容性，支持 JavaFX            |
+| GUI框架  | JavaFX 17+                 | 实现桌面图形化界面，提供组件化开发能力   |
+| 依赖管理 | Maven                      | 管理 JavaFX、JSON 解析等依赖             |
+| JSON解析 | Gson 2.10+                 | 序列化 / 反序列化用户数据、题目数据      |
+| 邮件发送 | JavaMail API + 第三方 SMTP | 发送注册码（如 QQ 邮箱 / 网易邮箱 SMTP） |
+| 数据加密 | BCrypt 0.9.0+              | 加密存储用户密码，避免明文泄露           |
+| 构建打包 | Maven Shade Plugin         | 打包成可执行 JAR，支持直接运行           |
+
+### 总体设计
+
+#### 项目目录结构
+
+MathQuizApp/
+├── src/
+│   └── main/
+│       └── java/
+│           └── com/
+│               └── mathquiz/
+│                   ├── Main.java                     # 程序入口
+│                   │
+│                   ├── model/                        # 数据模型
+│                   │   ├── User.java
+│                   │   ├── Grade.java
+│                   │   └── ChoiceQuestion.java
+│                   │
+│                   ├── service/                      # 后端逻辑（无GUI）
+│                   │   ├── UserService.java
+│                   │   ├── QuestionGenerator.java
+│                   │   ├── FileIOService.java
+│                   │   └── QuizService.java
+│                   │
+│                   ├── ui/                           # 前端 GUI
+│                   │   ├── MainWindow.java
+│                   │   ├── RegisterPanel.java
+│                   │   ├── LoginPanel.java
+|                   |   ├── PasswordModifyPanel.java
+│                   │   ├── GradeSelectPanel.java
+│                   │   ├── QuizPanel.java
+│                   │   └── ResultPanel.java
+│                   │
+│                   └── util/                         # 工具类
+│                       ├── PasswordValidator.java
+|                       ├── EmailUtil.java
+│                       ├── RandomUtils.java
+│                       └── FileUtils.java
+│
+├── data/                     # 运行时生成（不提交）
+│   ├── users/                # 用户信息 JSON
+│   └── temp_codes/           # 临时注册码文件
+│
+├── pom.xml                   # Maven 依赖（含 JavaFX）
+└── README.md
+
+## 详细模块设计
+
+### 模型层设计
+
+#### User类
+- String name			// 用户ID
+- String email			// 用户邮箱
+- String encryptedPwd	// 加密后的用户密码
+- Grade grade			//学段
+
+#### ChoiceQuestion
+String questionId;				// 题目唯一ID（UUID生成）
+Grade grade;					// 所属学段
+String questionContent;		     // 题干
+List<String> options;			// 选项列表（固定4个，顺序随机）
+String correctAnswer;			// 正确答案（如"A"/"B"/"C"/"D"）
+
+#### Grade 枚举
+PRIMARY("小学", 1)
+JUNIOR("初中", 2)
+SENIOR("高中", 3)
+
+### 工具层设计
+
+#### PasswordValidator
+
+| 方法名                     | 参数列表                                         | 返回值    | 逻辑描述                                                     |
+| -------------------------- | ------------------------------------------------ | --------- | ------------------------------------------------------------ |
+| isValid                  | String password                                | boolean | 校验密码：**6–10位**，**必须同时包含大写字母、小写字母和数字** |
+| encrypt                  | String password                                | String  | 使用 **SHA-256** 对密码哈希，返回 64 位十六进制字符串        |
+| matches                  | String plainPassword, String encryptedPassword | boolean | 对明文密码加密后与存储的密文比对，判断是否匹配               |
+| generateRegistrationCode | —                                                | String  | 生成 **6–10位** 随机字符串，**保证至少含1字母+1数字**，并打乱顺序 |
+| shuffleString            | String str                                     | String  | （私有）对字符串字符顺序进行 Fisher-Yates 打乱               |
+
+#### EmailUtil
+
+| 方法名                 | 参数列表                                  | 返回值    | 逻辑描述                                                     |
+| ---------------------- | ----------------------------------------- | --------- | ------------------------------------------------------------ |
+| sendRegistrationCode | String toEmail, String registrationCode | boolean | **模拟发送注册码邮件**（实际不发邮件），打印收件人和注册码到控制台，始终返回 true |
+| sendPasswordReset    | String toEmail, String newPassword      | boolean | **预留接口**：模拟发送密码重置邮件，打印信息到控制台，始终返回 true |
+| isValidEmail         | String email                            | boolean | 使用正则表达式 ^[A-Za-z0-9+_.-]+@[A-Za-z0-9.-]+\.[A-Za-z]{2,}$ 验证邮箱格式是否合法 |
+
+#### FileUtils
+
+| 方法名                       | 参数列表                               | 返回值    | 逻辑描述                                                     |
+| ---------------------------- | -------------------------------------- | --------- | ------------------------------------------------------------ |
+| readFileToString           | String filePath                      | String  | 以 UTF-8 编码读取文件内容为字符串，失败抛出 IOException    |
+| writeStringToFile          | String filePath, String content      | void    | 以 UTF-8 编码将字符串写入文件（覆盖），失败抛出 IOException |
+| createDirectoryIfNotExists | String dirPath                       | void    | 若目录不存在，则递归创建目录，失败抛出 IOException         |
+| exists                     | String filePath                      | boolean | 判断文件或目录是否存在                                       |
+| deleteFile                 | String filePath                      | boolean | 删除文件，若文件不存在也返回 true，异常时返回 false 并打印堆栈 |
+| listFiles                  | String dirPath                       | File[]  | 返回目录下所有文件（不含子目录），若路径无效返回空数组       |
+| appendToFile               | String filePath, String content      | void    | 以 UTF-8 编码追加内容到文件末尾，自动创建文件（若不存在）    |
+| copyFile                   | String sourcePath, String targetPath | void    | 复制文件，目标文件存在则覆盖，失败抛出 IOException         |
+| getFileSize                | String filePath                      | long    | 返回文件大小（字节），失败抛出 IOException                 |
+
+#### RandomUtils
+
+| 方法名         | 参数列表                 | 返回值    | 逻辑描述                                                   |
+| -------------- | ------------------------ | --------- | ---------------------------------------------------------- |
+| nextInt      | int min, int max       | int     | 生成 [min, max] 范围内的随机整数（含边界）               |
+| randomChoice | T[] array              | T       | 从非空数组中随机返回一个元素                               |
+| randomChoice | List<T> list           | T       | 从非空列表中随机返回一个元素                               |
+| shuffle      | List<T> list           | void    | 原地打乱列表顺序（使用 Collections.shuffle）             |
+| nextDouble   | double min, double max | double  | 生成 [min, max) 范围内的随机双精度浮点数                 |
+| nextBoolean  | —                        | boolean | 返回 true 或 false（各 50% 概率）                      |
+| probability  | double probability     | boolean | 按指定概率返回 true（如 0.7 表示 70% 概率返回 true） |
+
+### 服务层设计
+
+#### UserService
+
+| 方法名               | 参数列表                                                    | 返回值  | 逻辑描述                                                     |
+| -------------------- | ----------------------------------------------------------- | ------- | ------------------------------------------------------------ |
+| sendRegistrationCode | String email                                                | boolean | 生成 6 位数字注册码，调用 EmailUtil.sendTextEmail()发送（开发阶段可模拟），并将注册码写入 data/temp_codes/{email}.txt |
+| verifyCode           | String email, String code                                   | boolean | 读取 data/temp_codes/{email}.txt，校验注册码是否匹配         |
+| setPassword          | String email, String pwd1, String pwd2                      | boolean | 校验两次密码一致且符合规则（6–10位，含大小写+数字），使用 BCrypt加密后保存用户到 data/users/{hash}.json，成功后删除临时注册码文件 |
+| login                | String email, String password                               | User    | 读取用户文件，用 BCrypt.matches() 验证密码，返回 User 对象或 null |
+| changePassword       | String email, String oldPwd, String newPwd1, String newPwd2 | boolean | 先验证原密码正确，再校验新密码格式，更新加密密码并保存       |
+
+#### QuestionGenerator （抽象类）
+
+| 方法名        | 参数列表      | 返回值              | 逻辑描述                                                     |
+| ------------- | ------------- | ------------------- | ------------------------------------------------------------ |
+| create        | Grade grade | QuestionGenerator | 静态工厂方法，根据年级返回对应子类实例（PrimaryGenerator / MiddleGenerator / SeniorGenerator） |
+| generateOne | —             | ChoiceQuestion    | 抽象方法，由子类实现，生成一道符合年级要求的选择题（含题干、4选项、正确答案） |
+
+#### FileIOService
+
+| 方法名                  | 参数列表                    | 返回值        | 逻辑描述                                                     |
+| ----------------------- | --------------------------- | ------------- | ------------------------------------------------------------ |
+| saveUser              | User user                 | void        | 将用户序列化为 JSON，保存到 data/users/{BCrypt.hash(email).substring(0,16)}.json |
+| loadUserByEmail       | String email              | User        | 遍历 data/users/ 下所有 JSON 文件，反序列化后匹配邮箱，返回 User 或 null |
+| saveCode              | String email, String code | void        | 写入 data/temp_codes/{email}.txt                           |
+| loadCode              | String email              | String      | 读取 data/temp_codes/{email}.txt，返回注册码或 null      |
+| loadUsedQuestionStems | String email              | Set<String> | 遍历 data/users/{email}/papers/（若存在）下所有 .txt 文件，提取题干（每行以“1.”、“2.”开头的内容），用于查重 |
+
+#### QuizService
+
+| 方法名              | 参数列表                                                   | 返回值                 | 逻辑描述                                                     |
+| ------------------- | ---------------------------------------------------------- | ---------------------- | ------------------------------------------------------------ |
+| generateQuestions | String email, int count                                  | List<ChoiceQuestion> | 调用 QuestionGenerator.generateOne() 循环生成，确保题干不重复（使用 loadUsedQuestionStems + 当前卷子 Set） |
+| calculateScore    | List<ChoiceQuestion> questions, List<String> userAnswers | int                  | 比对每题 correctAnswer 与用户答案，计算百分比得分（四舍五入） |
+| savePaper         | String email, List<ChoiceQuestion> questions             | void                 | 生成时间戳文件名（yyyy-MM-dd-HH-mm-ss.txt），保存题干到 data/users/{email}/papers/（目录自动创建） |
+
+### UI层接口设计
+
+#### MainWindow
+
+| 方法名                 | 参数列表                                                  | 返回值 | 逻辑描述                                          |
+| ---------------------- | --------------------------------------------------------- | ------ | ------------------------------------------------- |
+| showPanel            | Pane panel                                              | void | 设置 BorderPane.center 为指定面板，实现页面切换 |
+| showLoginPanel       | —                                                         | void | 创建并显示 LoginPanel                           |
+| showRegisterPanel    | —                                                         | void | 创建并显示 RegisterPanel                        |
+| showGradeSelectPanel | —                                                         | void | 创建并显示 GradeSelectPanel                     |
+| showQuizPanel        | List<ChoiceQuestion> questions, QuizService quizService | void | 创建并显示 QuizPanel                            |
+| showResultPanel      | int score, Runnable onContinue                          | void | 创建并显示 ResultPanel                          |
+
+#### RegisterPanel
+
+| 方法名           | 参数列表                | 返回值 | 逻辑描述                                                     |
+| ---------------- | ----------------------- | ------ | ------------------------------------------------------------ |
+| 构造函数         | MainWindow mainWindow | —      | 初始化邮箱、注册码、密码输入框和按钮，绑定事件               |
+| sendCodeAction | —                       | void | 调用 mainWindow.getUserService().sendRegistrationCode()，提示“注册码已发送（模拟）” |
+| registerAction | —                       | void | 调用 setPassword()，成功则跳转到年级选择页                 |
+
+#### LoginPanel
+
+| 方法名        | 参数列表                | 返回值 | 逻辑描述                                                    |
+| ------------- | ----------------------- | ------ | ----------------------------------------------------------- |
+| 构造函数      | MainWindow mainWindow | —      | 初始化登录表单，绑定“登录”按钮                              |
+| loginAction | —                       | void | 调用 login()，成功则设置 currentUser 并跳转到年级选择页 |
+
+#### GradeSelectPanel
+
+| 方法名      | 参数列表                | 返回值 | 逻辑描述                                                     |
+| ----------- | ----------------------- | ------ | ------------------------------------------------------------ |
+| 构造函数    | MainWindow mainWindow | —      | 创建三个年级按钮                                             |
+| startQuiz | Grade grade           | void | 弹出数量输入对话框（10–30），调用 QuizService.generateQuestions()，跳转到答题页 |
+
+#### QuizPanel
+
+| 方法名         | 参数列表                                                     | 返回值 | 逻辑描述                                                     |
+| -------------- | ------------------------------------------------------------ | ------ | ------------------------------------------------------------ |
+| 构造函数       | MainWindow mainWindow, List<ChoiceQuestion> questions, QuizService quizService | —      | 显示第1题                                                    |
+| showQuestion | int index                                                  | void | 渲染当前题干和4个选项（RadioButton），绑定“提交”按钮         |
+| submitAction | —                                                            | void | 记录答案，若非最后一题则显示下一题，否则计算分数并跳转结果页 |
+
+#### ResultPanel
+
+| 方法名           | 参数列表                                                | 返回值 | 逻辑描述                                              |
+| ---------------- | ------------------------------------------------------- | ------ | ----------------------------------------------------- |
+| 构造函数         | MainWindow mainWindow, int score, Runnable onContinue | —      | 显示得分，绑定“退出”和“继续做题”按钮                  |
+| exitAction     | —                                                       | void | 跳转到登录页                                          |
+| continueAction | —                                                       | void | 执行 onContinue.run()（保存试卷），跳转到年级选择页 |

src/main/java/com/mathquiz/model/ChoiceQuestion.java

@@ -0,0 +1,141 @@
+package com.mathquiz.model;
+
+import java.util.List;
+import java.util.Objects;
+import java.util.UUID;
+
+/**
+ * 选择题模型类
+ * 表示一道完整的数学选择题，包含题干、选项、正确答案等信息
+ */
+public class ChoiceQuestion {
+
+    /**
+     * 题目唯一ID（UUID生成）
+     */
+    private String questionId;
+
+    /**
+     * 所属学段（小学 / 初中 / 高中）
+     */
+    private Grade grade;
+
+    /**
+     * 题干内容，例如："2 + 3 × (4 - 1) = ?"
+     */
+    private String questionContent;
+
+    /**
+     * 选项列表，固定4个选项，顺序已随机打乱
+     * 格式示例：["11", "10", "13", "9"]
+     */
+    private List<String> options;
+
+    /**
+     * 正确答案标识，取值为 "A"、"B"、"C" 或 "D"
+     */
+    private String correctAnswer;
+
+    // ---------------- 构造函数 ----------------
+
+    /**
+     * 默认构造函数（用于 JSON 反序列化）
+     */
+    public ChoiceQuestion() {}
+
+    /**
+     * 全参构造函数
+     */
+    public ChoiceQuestion(String questionId, Grade grade, String questionContent,
+                          List<String> options, String correctAnswer) {
+        this.questionId = questionId;
+        this.grade = grade;
+        this.questionContent = questionContent;
+        this.options = options;
+        this.correctAnswer = correctAnswer;
+    }
+
+    // ---------------- 静态工厂方法 ----------------
+
+    /**
+     * 创建一道新题目，自动分配 UUID 作为 questionId
+     *
+     * @param grade            年级
+     * @param questionContent  题干
+     * @param options          4个选项（顺序应已打乱）
+     * @param correctAnswer    正确答案（"A"-"D"）
+     * @return 新的 ChoiceQuestion 实例
+     */
+    public static ChoiceQuestion of(Grade grade, String questionContent,
+                                    List<String> options, String correctAnswer) {
+        return new ChoiceQuestion(UUID.randomUUID().toString(), grade, questionContent, options, correctAnswer);
+    }
+
+    // ---------------- Getter & Setter ----------------
+
+    public String getQuestionId() {
+        return questionId;
+    }
+
+    public void setQuestionId(String questionId) {
+        this.questionId = questionId;
+    }
+
+    public Grade getGrade() {
+        return grade;
+    }
+
+    public void setGrade(Grade grade) {
+        this.grade = grade;
+    }
+
+    public String getQuestionContent() {
+        return questionContent;
+    }
+
+    public void setQuestionContent(String questionContent) {
+        this.questionContent = questionContent;
+    }
+
+    public List<String> getOptions() {
+        return options;
+    }
+
+    public void setOptions(List<String> options) {
+        this.options = options;
+    }
+
+    public String getCorrectAnswer() {
+        return correctAnswer;
+    }
+
+    public void setCorrectAnswer(String correctAnswer) {
+        this.correctAnswer = correctAnswer;
+    }
+
+    // ---------------- Object 方法 ----------------
+
+    @Override
+    public boolean equals(Object o) {
+        if (this == o) return true;
+        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
+        ChoiceQuestion that = (ChoiceQuestion) o;
+        return Objects.equals(questionId, that.questionId);
+    }
+
+    @Override
+    public int hashCode() {
+        return Objects.hash(questionId);
+    }
+
+    @Override
+    public String toString() {
+        return "ChoiceQuestion{" +
+                "questionId='" + questionId + '\'' +
+                ", grade=" + grade +
+                ", questionContent='" + questionContent + '\'' +
+                ", options=" + options +
+                ", correctAnswer='" + correctAnswer + '\'' +
+                '}';
+    }
+}

src/main/java/com/mathquiz/model/Grade.java

@@ -0,0 +1,27 @@
+package com.mathquiz.model;
+
+/**
+ * 年级枚举，表示小学、初中、高中三个学段
+ */
+
+public enum Grade {
+    PRIMARY("小学", 1),
+    JUNIOR("初中", 2),
+    SENIOR("高中", 3);
+
+    private final String displayName;
+    private final int level;
+
+    Grade(String displayName, int level) {
+        this.displayName = displayName;
+        this.level = level;
+    }
+
+    public String getDisplayName() {
+        return displayName;
+    }
+
+    public int getLevel() {
+        return level;
+    }
+}

src/main/java/com/mathquiz/model/User.java

@@ -0,0 +1,52 @@
+package com.mathquiz.model;
+
+/**
+ * 用户类
+ */
+
+public class User {
+    private String name;
+    private String email;
+    private String encryptedPwd;
+    private Grade grade;
+
+    public User() {}
+
+    public User(String email, String encryptedPwd) {
+        this.email = email;
+        this.encryptedPwd = encryptedPwd;
+    }
+
+    // Getter & Setter
+    public java.lang.String getName() {
+        return name;
+    }
+
+    public void setName(java.lang.String name) {
+        this.name = name;
+    }
+
+    public java.lang.String getEmail() {
+        return email;
+    }
+
+    public void setEmail(java.lang.String email) {
+        this.email = email;
+    }
+
+    public java.lang.String getEncryptedPwd() {
+        return encryptedPwd;
+    }
+
+    public void setEncryptedPwd(java.lang.String encryptedPwd) {
+        this.encryptedPwd = encryptedPwd;
+    }
+
+    public Grade getGrade() {
+        return grade;
+    }
+
+    public void setGrade(Grade grade) {
+        this.grade = grade;
+    }
+}

src/main/java/com/mathquiz/util/EmailUtil.java

@@ -0,0 +1,109 @@
+package com.util;
+
+/**
+ * 邮件工具类
+ * 用于发送注册码邮件（可选功能）
+ * 注意：当前项目需求中，注册码是直接显示在界面上的，
+ * 不需要发送邮件，所以这个类暂时保留为空实现。
+ * 如果将来需要发送邮件，可以使用JavaMail库实现。
+ */
+public class EmailUtil {
+
+    /**
+     * 发送注册码邮件（预留接口）
+     * @param toEmail 收件人邮箱
+     * @param registrationCode 注册码
+     * @return true表示发送成功
+     */
+    public static boolean sendRegistrationCode(String toEmail, String registrationCode) {
+        // TODO: 暂不实现邮件发送功能
+        // 原因：项目需求是直接在界面显示注册码，不需要发邮件
+
+        System.out.println("【模拟】发送注册码邮件");
+        System.out.println("收件人: " + toEmail);
+        System.out.println("注册码: " + registrationCode);
+
+        return true;
+    }
+
+    /**
+     * 发送密码重置邮件（预留接口）
+     * @param toEmail 收件人邮箱
+     * @param newPassword 新密码
+     * @return true表示发送成功
+     */
+    public static boolean sendPasswordReset(String toEmail, String newPassword) {
+        // TODO: 将来如果需要"找回密码"功能，可以在这里实现
+
+        System.out.println("【模拟】发送密码重置邮件");
+        System.out.println("收件人: " + toEmail);
+        System.out.println("新密码: " + newPassword);
+
+        return true;
+    }
+
+    /**
+     * 验证邮箱格式
+     * @param email 邮箱地址
+     * @return true表示格式正确
+     */
+    public static boolean isValidEmail(String email) {
+        if (email == null || email.trim().isEmpty()) {
+            return false;
+        }
+
+        // 简单的邮箱格式验证
+        String emailRegex = "^[A-Za-z0-9+_.-]+@[A-Za-z0-9.-]+\\.[A-Za-z]{2,}$";
+        return email.matches(emailRegex);
+    }
+}
+
+/*
+ * 如果将来需要真正实现邮件发送，可以参考以下代码：
+ *
+ * 1. 在pom.xml添加依赖：
+ * <dependency>
+ *     <groupId>javax.mail</groupId>
+ *     <artifactId>javax.mail-api</artifactId>
+ *     <version>1.6.2</version>
+ * </dependency>
+ * <dependency>
+ *     <groupId>com.sun.mail</groupId>
+ *     <artifactId>javax.mail</artifactId>
+ *     <version>1.6.2</version>
+ * </dependency>
+ *
+ * 2. 实现代码示例：
+ *
+ * import javax.mail.*;
+ * import javax.mail.internet.*;
+ * import java.util.Properties;
+ *
+ * public static boolean sendEmail(String toEmail, String subject, String content) {
+ *     try {
+ *         Properties props = new Properties();
+ *         props.put("mail.smtp.auth", "true");
+ *         props.put("mail.smtp.starttls.enable", "true");
+ *         props.put("mail.smtp.host", "smtp.qq.com");
+ *         props.put("mail.smtp.port", "587");
+ *
+ *         Session session = Session.getInstance(props, new Authenticator() {
+ *             protected PasswordAuthentication getPasswordAuthentication() {
+ *                 return new PasswordAuthentication("your-email@qq.com", "your-password");
+ *             }
+ *         });
+ *
+ *         Message message = new MimeMessage(session);
+ *         message.setFrom(new InternetAddress("your-email@qq.com"));
+ *         message.setRecipients(Message.RecipientType.TO, InternetAddress.parse(toEmail));
+ *         message.setSubject(subject);
+ *         message.setText(content);
+ *
+ *         Transport.send(message);
+ *         return true;
+ *     } catch (Exception e) {
+ *         e.printStackTrace();
+ *         return false;
+ *     }
+ * }
+ */

src/main/java/com/mathquiz/util/FileUtils.java

@@ -0,0 +1,111 @@
+package com.util;
+
+import java.io.*;
+import java.nio.charset.StandardCharsets;
+import java.nio.file.*;
+
+/**
+ * 文件操作工具类
+ * 提供文件读写、目录创建等常用操作
+ */
+public class FileUtils {
+
+    /**
+     * 读取文件内容为字符串
+     * @param filePath 文件路径
+     * @return 文件内容
+     * @throws IOException 读取失败时抛出
+     */
+    public static String readFileToString(String filePath) throws IOException {
+        return Files.readString(Paths.get(filePath), StandardCharsets.UTF_8);
+    }
+
+    /**
+     * 写入字符串到文件
+     * @param filePath 文件路径
+     * @param content 要写入的内容
+     * @throws IOException 写入失败时抛出
+     */
+    public static void writeStringToFile(String filePath, String content) throws IOException {
+        Files.writeString(Paths.get(filePath), content, StandardCharsets.UTF_8);
+    }
+
+    /**
+     * 创建目录（如果不存在）
+     * @param dirPath 目录路径
+     * @throws IOException 创建失败时抛出
+     */
+    public static void createDirectoryIfNotExists(String dirPath) throws IOException {
+        Path path = Paths.get(dirPath);
+        if (!Files.exists(path)) {
+            Files.createDirectories(path);
+        }
+    }
+
+    /**
+     * 检查文件是否存在
+     * @param filePath 文件路径
+     * @return true表示存在
+     */
+    public static boolean exists(String filePath) {
+        return Files.exists(Paths.get(filePath));
+    }
+
+    /**
+     * 删除文件
+     * @param filePath 文件路径
+     * @return true表示删除成功
+     */
+    public static boolean deleteFile(String filePath) {
+        try {
+            return Files.deleteIfExists(Paths.get(filePath));
+        } catch (IOException e) {
+            e.printStackTrace();
+            return false;
+        }
+    }
+
+    /**
+     * 获取目录下所有文件
+     * @param dirPath 目录路径
+     * @return 文件数组
+     */
+    public static File[] listFiles(String dirPath) {
+        File dir = new File(dirPath);
+        if (dir.exists() && dir.isDirectory()) {
+            return dir.listFiles();
+        }
+        return new File[0];
+    }
+
+    /**
+     * 追加内容到文件末尾
+     * @param filePath 文件路径
+     * @param content 要追加的内容
+     * @throws IOException 追加失败时抛出
+     */
+    public static void appendToFile(String filePath, String content) throws IOException {
+        Files.writeString(Paths.get(filePath), content, StandardCharsets.UTF_8,
+                StandardOpenOption.CREATE, StandardOpenOption.APPEND);
+    }
+
+    /**
+     * 复制文件
+     * @param sourcePath 源文件路径
+     * @param targetPath 目标文件路径
+     * @throws IOException 复制失败时抛出
+     */
+    public static void copyFile(String sourcePath, String targetPath) throws IOException {
+        Files.copy(Paths.get(sourcePath), Paths.get(targetPath), StandardCopyOption.REPLACE_EXISTING);
+    }
+
+    /**
+     * 获取文件大小（字节）
+     * @param filePath 文件路径
+     * @return 文件大小
+     * @throws IOException 获取失败时抛出
+     */
+    public static long getFileSize(String filePath) throws IOException {
+        return Files.size(Paths.get(filePath));
+    }
+}

src/main/java/com/mathquiz/util/PasswordValidator.java

@@ -0,0 +1,102 @@
+package com.util;
+
+import java.security.MessageDigest;
+import java.security.NoSuchAlgorithmException;
+
+/**
+ * 密码验证和加密工具类
+ * 提供密码格式验证、加密、匹配等功能
+ */
+public class PasswordValidator {
+
+    /**
+     * 验证密码格式：6-10位，包含字母和数字
+     * @param password 待验证的密码
+     * @return true表示格式正确
+     */
+    public static boolean isValid(String password) {
+        if (password == null || password.length() < 6 || password.length() > 10) {
+            return false;
+        }
+
+        boolean hasLetter = password.matches("^(?=.*[a-z])(?=.*[A-Z]).*$");
+        boolean hasDigit = password.matches(".*\\d.*");
+
+        return hasLetter && hasDigit;
+    }
+
+    /**
+     * 使用SHA-256加密密码
+     * @param password 明文密码
+     * @return 加密后的密码（16进制字符串）
+     */
+    public static String encrypt(String password) {
+        try {
+            MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
+            byte[] hash = digest.digest(password.getBytes());
+            StringBuilder hexString = new StringBuilder();
+
+            for (byte b : hash) {
+                String hex = Integer.toHexString(0xff & b);
+                if (hex.length() == 1) {
+                    hexString.append('0');
+                }
+                hexString.append(hex);
+            }
+
+            return hexString.toString();
+        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
+            throw new RuntimeException("SHA-256算法不可用", e);
+        }
+    }
+
+    /**
+     * 验证密码是否匹配
+     * @param plainPassword 明文密码
+     * @param encryptedPassword 加密后的密码
+     * @return true表示匹配
+     */
+    public static boolean matches(String plainPassword, String encryptedPassword) {
+        return encrypt(plainPassword).equals(encryptedPassword);
+    }
+
+    /**
+     * 生成6-10位随机注册码（包含字母和数字）
+     * @return 注册码
+     */
+    public static String generateRegistrationCode() {
+        String chars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";
+        int length = 6 + (int) (Math.random() * 5); // 6-10位
+
+        StringBuilder code = new StringBuilder();
+
+        // 确保至少有一个字母
+        code.append(chars.charAt((int) (Math.random() * 52)));
+        // 确保至少有一个数字
+        code.append(chars.charAt(52 + (int) (Math.random() * 10)));
+
+        // 填充剩余字符
+        for (int i = 2; i < length; i++) {
+            code.append(chars.charAt((int) (Math.random() * chars.length())));
+        }
+
+        // 打乱字符顺序
+        return shuffleString(code.toString());
+    }
+
+    /**
+     * 打乱字符串
+     * @param str 原字符串
+     * @return 打乱后的字符串
+     */
+    private static String shuffleString(String str) {
+        char[] chars = str.toCharArray();
+        for (int i = chars.length - 1; i > 0; i--) {
+            int j = (int) (Math.random() * (i + 1));
+            char temp = chars[i];
+            chars[i] = chars[j];
+            chars[j] = temp;
+        }
+        return new String(chars);
+    }
+}

src/main/java/com/mathquiz/util/RandomUtils.java

@@ -0,0 +1,69 @@
+package com.util;
+
+import java.util.Collections;
+import java.util.List;
+import java.util.Random;
+
+//各种随机数生成
+public class RandomUtils {
+    private static final Random random = new Random();
+
+
+    //生成[min, max]范围内的随机整数（包含边界）
+    public static int nextInt(int min, int max) {
+        if (min > max) {
+            throw new IllegalArgumentException("min不能大于max");
+        }
+        return min + random.nextInt(max - min + 1);
+    }
+
+
+    //从数组中随机选择一个元素(模板类）
+    public static <T> T randomChoice(T[] array) {
+        if (array == null || array.length == 0) {
+            throw new IllegalArgumentException("数组不能为空");
+        }
+        return array[random.nextInt(array.length)];
+    }
+
+
+    //从列表中随机选择一个元素
+    public static <T> T randomChoice(List<T> list) {
+        if (list == null || list.isEmpty()) {
+            throw new IllegalArgumentException("列表不能为空");
+        }
+        return list.get(random.nextInt(list.size()));
+    }
+
+    /**
+     * 打乱列表顺序
+     * @param list 要打乱的列表
+     */
+    public static <T> void shuffle(List<T> list) {
+        Collections.shuffle(list, random);
+    }
+
+
+    //生成指定范围内的随机双精度浮点数
+    public static double nextDouble(double min, double max) {
+        if (min > max) {
+            throw new IllegalArgumentException("min不能大于max");
+        }
+        return min + (max - min) * random.nextDouble();
+    }
+
+
+    //生成随机布尔值
+    public static boolean nextBoolean() {
+        return random.nextBoolean();
+    }
+
+    //按概率返回true（题目生成概率）
+    //示例：probability(0.7) 有70%概率返回true
+    public static boolean probability(double probability) {
+        if (probability < 0.0 || probability > 1.0) {
+            throw new IllegalArgumentException("概率必须在0.0-1.0之间");
+        }
+        return random.nextDouble() < probability;
+    }
+}