這就是小學生也會用的四則計算練習APP嗎？- by軟工結對程式設計專案作業

DMingO發表於2020-10-11

結對程式設計專案

軟體工程	這就是連結
作業要求	這就是連結
作業目標	熟悉在未結對情況下如何結對開發專案

Github與合作者

合作者（學號）：

區德明：318005422
虛左以待

Github連結：
https://github.com/DMingOu/CalculateExercise

由於本來的合作者臨時有事不能和我一起結對程式設計，所以我也只好咬咬牙單刀赴會了。

因為本次的題目要求有圖形化介面，而我也學過移動開發的，所以一不做二不休，直接提刀殺進AndroidStudio，開始禿頭設計一款小學生也能用的四則計算題練習工具App，一來可以簡化方便操作和展示，二來也算是在眾多.exe中裡面可以獨樹一幟。

一、PSP

PSP2.1	Personal Software Process Stages	預估耗時（分鐘）	實際耗時（分鐘）
Planning	計劃	25	38
· Estimate	· 估計這個任務需要多少時間	25	38
Development	開發	945	830
· Analysis	· 需求分析 (包括學習新技術)	75	130
· Design Spec	· 生成設計文件	100	80
· Design Review	· 設計複審	60	35
· Coding Standard	· 程式碼規範 (為目前的開發制定合適的規範)	30	60
· Design	· 具體設計	120	110
· Coding	· 具體編碼	260	260
· Code Review	· 程式碼複審	60	45
· Test	· 測試 (自我測試，修改程式碼，提交修改)	95	110
Reporting	報告	120	105
· Test Repor	· 測試報告	60	50
· Size Measurement	· 計算工作量	30	30
· Postmortem & Process Improvement Plan	· 事後總結, 並提出過程改進計劃	30	25
	· 合計	1090	973

二、四則運算練習工具APP需求分析

需求描述	是否實現
控制生成題目的個數	是
控制題目中數值範圍	是
計算過程不能產生負數，除法的結果必須是真分數，題目不能重複，運算子不能超過3個	是
顯示題目	是
顯示答案	是
能支援一萬道題目的生成	是
判定答案中的對錯並進行數量統計	是
顯示得分結果	是
具有圖形化的操作介面	是

三、APP開發計劃

功能	描述	開發者	進度
生成題目	隨機生成運算元和運算子，組成有效的四則運算表示式	區德明	完成
計算結果	根據生成的表示式，計算生成正確的結果	區德明	完成
練習報告	輸出成績結果	區德明	完成
UI介面設計	設計軟體的介面設計XML	區德明	完成
UI介面實現	使用Kotlin語言實現 Andoid APP	區德明	完成
功能測試與故障修復	測試程式的功能，修復出現的故障	區德明	完成
效能分析與優化	分析程式執行的效能，優化效能表現	區德明	完成

結構圖

四、方案

4.1 生成題目的演算法設計思路

執行緒池多執行緒併發，建立指定數量的題目，並利用Set集合進行去重操作。

核心程式碼如下：

執行生成題目的執行緒任務類

    /**
     * 執行生成指定數量題目任務
     * 執行緒類
     */
    private class GenerateWorker(
        private val exerciseNum: Int, //生成數量
        private val numRange: Int, //範圍上限
        private val workerIndex: Int,  //工作執行緒的編號
        private val countDownLatch: CountDownLatch,
        private val tempList : MutableList<Exercise>
    ) : Runnable {
        override fun run() {
            try {
                val start = System.currentTimeMillis()
                val exerciseList = generateExercises(
                    exerciseNum, numRange
                )
                //將 去重但是未編號的 列表 加入緩衝列表中
                tempList.addAll(exerciseList)
                countDownLatch.countDown()
            } catch (e: Exception) {
                e.printStackTrace()
            }
        }
    }

執行完善收尾操作的執行緒任務：

    /**
     * 用於補充題目序號， 完善，的任務
     */
    private class SupplyWorker(
        private val exerciseNum: Int,
        private val countDownLatch: CountDownLatch,
        private val tempList : MutableList<Exercise> ,
        private var startIndex : Int ,
        private val mHandler: QuestionListHandler   //回撥UI執行緒
    ) : Runnable {
        override fun run() {
            getExerciseOnCount(exerciseNum)
            countDownLatch.countDown()
            //根據已有的列表資料，進行編號
            for(exercise in tempList) {
                startIndex++
                exercise.number = startIndex
            }
            updateGlobalExerciseList(tempList)
            //通知 View層更新內容
            val message = Message()
            message.what = 666
            mHandler.dispatchMessage(message)
        }
    }

提供給外界呼叫的入口：

fun produce(exerciseNumber: Int, numberRange: Int,startIndex : Int, handler: QuestionListHandler) {
            if (exerciseNumber == 0 || numberRange == 0) {
                return
            }
            //最小範圍是2
            if (numberRange < 2) {
                throw RuntimeException("範圍上限不可以少於2")
            }
            //手工計時器啟動
            start = System.currentTimeMillis()

            //設定本次載入的起始序號
            this.startIndex  = startIndex

            //每個執行緒的工作量
            val workload = 25
            //記錄執行緒編號
            var index = 1
            //剩餘工作量
            var remainWorkload = exerciseNumber
            //啟動建立題目的執行緒組
            val threadCount = if (exerciseNumber % workload == 0)
                exerciseNumber / workload
            else
                exerciseNumber / workload + 1
            //生成執行緒+一個輸出執行緒
            countDownLatch = CountDownLatch(threadCount + 1)

            //任務正式啟動前。清空快取列表,避免髒資料
            tempExerciseList.clear()

            while (true) {
                //執行生成題目的任務執行緒，編號對應
                remainWorkload -= if (remainWorkload > workload) {
                    execute(
                        GenerateWorker(
                            workload,
                            numberRange,
                            index++,
                            countDownLatch,
                            tempExerciseList
                        )
                    )
                    workload
                } else {
                    execute(
                        GenerateWorker(
                            remainWorkload,
                            numberRange,
                            index,
                            countDownLatch,
                            tempExerciseList
                        )
                    )
                    break
                }
            }
            //啟動完善每一道題的任務
            execute(SupplyWorker(exerciseNumber, countDownLatch  ,tempExerciseList ,startIndex  , handler))
            //資料建立完畢，重置狀態
            countDownLatch.await()
            clear()
    }

生成題目的操作，實際執行：

    @JvmStatic
    fun generateExercises(exercisesNum: Int, numRange: Int  , startIndex : Int = -1): List<Exercise> {
        //控制編號
        var index = startIndex
        //如果沒有傳入編號則視為生成時不做編號處理
        val isSetIndex = index!=-1
        //控制生成迴圈的結束
        var count = 0
        val exerciseList: MutableList<Exercise> = ArrayList()
        while (count < exercisesNum) {
            val exercise = generateQuestion(numRange)
            generateAnswer(exercise)
            //有效題目加入List
            if (validate(exercise)) {
                count++
                if(isSetIndex) {
                    index++
                    //設定序號
                    exercise.number = index
                }
                //生成可以輸出的題目樣式
                EXERCISE_QUEUE.add(exercise)
                exerciseList.add(exercise)
                //放入去重Set，用作判斷
                exercisesSet.add(exercise.simplestFormatQuestion)
            }
        }
        return exerciseList
    }