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# **中小学数学卷子自动生成程序说明**
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## 一、概述
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该项目是一个基于 Java 的中小学数学卷子自动生成系统，支持小学、初中和高中三个难度级别，具备用户登录、题目生成、查重、文件存储等功能。
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## 二、类
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### 1.Start - 程序入口类
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#### **功能：**
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程序的启动入口，调用 Login 类启动登录流程。
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#### **方法：**
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main(String[] args)： 启动程序，创建 Login 实例并调用其 Main() 方法。
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### 2. Login - 用户登录类
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#### **功能：**
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处理用户登录、验证、权限管理和难度切换。
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#### **方法：**
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Main()： 主登录循环，接收用户输入并验证。
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initializeUserFile()： 初始化用户文件 users.txt，如果不存在则创建。
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load()： 从 users.txt 加载用户信息到内存。
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Prove(String username, String password)： 验证用户名和密码。
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Success(User user, Scanner scanner)： 登录成功后进入题目生成流程。
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Switch(QuestionManager questionManager, String input)： 切换题目生成难度。
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getRole(String role)：将英文角色转换为中文显示。
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### 3. User - 用户信息类
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#### **功能：**
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封装用户的基本信息。
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#### **属性：**
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username： 用户名
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password： 密码
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role： 角色（primary/junior/senior）
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#### **方法：**
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构造方法和 getter 方法
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### 4. QuestionManager - 题目管理器
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#### **功能：**
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管理题目生成、文件存储和用户目录。
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#### **方法：**
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setRole(String role)： 设置当前题目生成器（小学/初中/高中）。
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createQuestionsDirectory()： 创建用户题目存储目录。
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generateQuestions(int count)： 生成指定数量的题目并保存到文件。
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getCurrentRoleChinese()： 返回当前难度的中文名称。
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getUserQuestionFiles(String username)： 获取用户所有题目文件（用于查重）。
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### 5. QuestionGenerator - 题目生成器接口
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#### **功能：**
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定义题目生成器的基本行为。
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#### **方法：**
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generateQuestion()： 生成一道题目。
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normalizeQuestion(String question)： 标准化题目格式用于比较。
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generateOperator(String[] operators)： 随机生成运算符。
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isValidParentheses(String expression)： 验证括号是否合法。
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### 6. AbstractQuestionGenerator - 抽象题目生成器
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#### **功能：**
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提供题目生成的通用方法和查重机制。
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#### **方法：**
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setUsername(String username)： 设置用户名并加载历史题目。
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loadExistingQuestions()： 加载用户已生成的题目用于查重。
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normalizeQuestion(String question)： 去除空格标准化题目。
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generateNumber()： 生成 1~100 的随机数。
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isQuestionUnique(String question)： 判断题目是否重复。
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isValidParentheses(String expression)： 验证括号是否合法且不冗余。
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ensureBalancedParentheses(String expression)： 确保括号成对出现。
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### 7. PrimaryQuestionGenerator - 小学题目生成器
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#### **功能：**
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生成小学难度题目，仅包含加减乘除和括号。
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#### **方法：**
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generateQuestion()： 生成小学题目，支持括号和多个操作数。
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addReasonableParentheses(String expression, int operandCount)： 随机添加合理括号。
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### 8. JuniorQuestionGenerator - 初中题目生成器
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#### **功能：**
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生成初中难度题目，至少包含一个平方或开方运算。
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#### **方法：**
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generateQuestion()： 生成初中题目，确保包含平方或开方。
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AddSpecialOperator(...)： 添加平方或开方运算符。
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hasProperOperatorSpacing(String expression)： 检查运算符间距是否合理。
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### 9. SeniorQuestionGenerator - 高中题目生成器
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#### **功能：**
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生成高中难度题目，至少包含一个三角函数（sin/cos/tan），支持嵌套。
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#### **方法：**
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generateQuestion()： 生成高中题目，确保包含三角函数。
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AddTrigOperator(...)： 添加三角函数运算符。
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ForceAddTrigOperator(...)： 若未包含三角函数，则强制添加。
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Revise(String expression)： 调整括号位置，避免语法错误。
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## 三、流程
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### 1.登录流程
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（1）用户输入用户名和密码；
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（2）系统验证身份并显示角色；
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（3）用户选择生成题目数量或切换难度；
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（4）系统生成题目并保存到用户目录。
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### 2.题目生成流程
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（1）根据难度选择对应的生成器；
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（2）生成操作数和运算符；
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（3）添加括号和特殊运算符（初中/高中）；
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（4）查重和括号合法性检查；
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（5）保存到文件，格式为 年-月-日-时-分-秒.txt。
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### 3.文件存储结构
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src
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├── questions/
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| └── 用户名/
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| ├── 2025-09-20-10-30-45.txt
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| └── 2025-09-20-10-35-22.txt
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└── users.txt
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### 4.难度特征
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|难度| 运算符类型| 特殊要求|
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|:---:|:---|:---|
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|小学| +, -, ×, ÷| 可含括号|
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|初中| +, -, ×, ÷, ², √| 至少一个平方或开方|
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|高中| +, -, ×, ÷, sin, cos, tan| 至少一个三角函数，可嵌套|
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## 四、运行
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### 1. Linux bash
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```bash
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~/src$ javac *.java
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~/src$ java Start
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已创建users.txt
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Loading...
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---------登录系统---------
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请输入用户名和密码（用空格隔开）:
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```
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或先生成jar：
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```bash
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~/src$ javac *.java
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~/src$ jar -cfve main.jar Start *.class
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已添加清单
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正在添加: AbstractQuestionGenerator.class(输入 = 4777) (输出 = 2649)(压缩了 44%)
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正在添加: JuniorQuestionGenerator.class(输入 = 3654) (输出 = 2095)(压缩了 42%)
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正在添加: Login.class(输入 = 5877) (输出 = 3401)(压缩了 42%)
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正在添加: PrimaryQuestionGenerator.class(输入 = 2048) (输出 = 1203)(压缩了 41%)
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正在添加: QuestionGenerator.class(输入 = 356) (输出 = 199)(压缩了 44%)
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正在添加: QuestionManager.class(输入 = 4097) (输出 = 2204)(压缩了 46%)
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正在添加: SeniorQuestionGenerator.class(输入 = 4577) (输出 = 2454)(压缩了 46%)
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正在添加: Start.class(输入 = 308) (输出 = 238)(压缩了 22%)
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正在添加: User.class(输入 = 1121) (输出 = 540)(压缩了 51%)
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~/src$ java -jar main
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|
Error: Unable to access jarfile main
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~/src$ java -jar main.jar
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已创建users.txt
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Loading...
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---------登录系统---------
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请输入用户名和密码（用空格隔开）:
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|
```
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### 2.Windows cmd
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```cmd
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D:\src>chcp 65001
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Active code page: 65001
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D:\src>java Start.java
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已创建users.txt
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Loading...
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---------登录系统---------
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|
请输入用户名和密码（用空格隔开）:
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|
```
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或
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```cmd
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D:\src>chcp 65001
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Active code page: 65001
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D:\src>javac -encoding UTF-8 *.java
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D:\src>java Start
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已创建users.txt
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Loading...
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---------登录系统---------
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|
请输入用户名和密码（用空格隔开）:
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```
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或先生成jar：
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```cmd
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D:\src>chcp 65001
|
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|
Active code page: 65001
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D:\src>javac -encoding UTF-8 *.java
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D:\src>jar cfve main.jar Start *.class
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已添加清单
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正在添加: AbstractQuestionGenerator.class(输入 = 4777) (输出 = 2647)(压缩了 44%)
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正在添加: JuniorQuestionGenerator.class(输入 = 3654) (输出 = 2095)(压缩了 42%)
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正在添加: Login.class(输入 = 5877) (输出 = 3402)(压缩了 42%)
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正在添加: PrimaryQuestionGenerator.class(输入 = 2048) (输出 = 1203)(压缩了 41%)
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正在添加: QuestionGenerator.class(输入 = 356) (输出 = 199)(压缩了 44%)
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正在添加: QuestionManager.class(输入 = 4097) (输出 = 2204)(压缩了 46%)
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正在添加: SeniorQuestionGenerator.class(输入 = 4577) (输出 = 2454)(压缩了 46%)
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正在添加: Start.class(输入 = 308) (输出 = 238)(压缩了 22%)
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正在添加: User.class(输入 = 1121) (输出 = 539)(压缩了 51%)
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D:\src>java -jar main.jar
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已创建users.txt
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|
Loading...
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---------登录系统---------
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请输入用户名和密码（用空格隔开）:
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```
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### 3.Windows PowerShell
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与cmd类似，只需将
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```cmd
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D:\src>chcp 65001
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```
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换成
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```powershell
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PS D:\src> [Console]::InputEncoding = [Console]::OutputEncoding = [System.Text.Encoding]::UTF8
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```
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