AVL树模拟用户登录系统的实验报告附代码和详尽注释 2.docx
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AVL树模拟用户登录系统的实验报告附代码和详尽注释2
一．实验内容分析：
1.实验目的：
模拟用户登录系统，在O（lgn）时间内完成用户登录、删除、修改等工作。
2.设计思路：
主要分以下四个类：
AVLTreeNode:
存储平衡树节点；
AVLTree:
AVL平衡树的主要实现算法；
UserInfo:
存储用户信息；
Interface:
界面,与用户交互；
3.
流程图以及类的主要包含和调用关系：
二.实验验证分析
（1）输入的形式和输入值的范围；
控制台的输入：
如图，输入为数字，超出范围将提示不正确并返回重新输入
文件的输入：
程序会找寻当前目录的database.data文件，并读入数据，如果未找到则自创此文件，创建空树
（2）输出的形式；
程序退出时析构函数保存文件到database.data并覆盖原文件。
（3）程序所能达到的功能；
在O（lgn）时间内添加、查找、删除、修改用户信息。
（4）测试数据：
本系统包含三个测试函数样例：
1.顺序插入测试（分别在debug和release环境下和STLmap比较速度）
2.随机插入测试（分别在debug和release环境下和STLmap比较速度）
3.删除测试
测试函数均在main文件里
voidrandomTest（）;//随机数测试
voidorderTest（）;//顺序插入测试
voiddeleteTest（）;//删除测试
voidmain_interface（）;//主界面
1,2均在debug模式下插入100W数据，在release模式下插入1000W数据。
顺序插入的实现是用整数1~n转换为string，位数不够的在前面补‘0’。
测试结果：
1.debug下顺序插入测试：
2.Release下顺序插入测试
3.debug下随机插入测试
4.release下随机插入测试
实践证明map的红黑树在顺序插入测试时慢于我的avl树，但随机插入测试表现比AVL树要好。
3.删除数据的图形化表示（‘R’‘L’‘=’为平衡因子以检验正确性）
下面删除3（树中无3）：
还是一样，下面删除2
删除成功，下面删除7
删除成功。
三.调试分析
（1）讨论分析调试过程中的主要技术问题以及具体的解决方法（至少３个）；
1.代码重复问题：
有重复的代码不是好代码。
左右旋和左旋右旋有大量重复，经过分析发现左右旋可以分解为先左旋后右旋，但平衡因子调整方法不一。
所以分解左旋和右旋为两个函数，调整平衡因子单分一个函数。
2.空间占用问题：
平衡因子只有3个取值却占了一个int4个字节是极大的浪费，所以改用char型。
编程实践中发现树高也可以取消，也极大的节省了空间。
3.时间浪费问题：
先调整平衡因子再旋转最后再调整平衡因子浪费时间，经分析后可以采取一些代码上的改动而将第一次调整省略。
（2）技术难点分析（至少３个）；
1.由于放弃树高调整平衡因子，所以平衡因子的调整是编程最困难之处，采用方法是根据插入子数是左子树还是右子树调整父亲的平衡因子。
2.删除时需先采用BST的删除方式，再分情况用类似AVL插入节点时的调整方法，必须完全搞懂BST和AVL才能正确地处理删除问题。
3.代码阅读问题：
纯算法程序一般难以阅读，尤其是像AVL这类复杂算法，即使是自己也是编了前面忘了后面，所以程序添加了海量的注释，每个函数每个重要语句都有功能解说，代码命名取其意思，格式遵循《cleanCode》。
（3）印象最深刻的３个调试错误，及修正方法；
1.最深的当然是访问了没初始化的内存！
！
几乎90%调试问题都与此有关。
大部分非法访问内存经调试都归结于平衡因子的错误。
解决方法是在纸上画出几个正确的例子，再输入进程序调试，看平衡因子的错误具体地址和引起其错误的代码。
反复调试修改直到测试再大数据量也不会报错。
2.链接错误。
好像是1005，此错误的原因是.h文件内除了成员函数不能有其它函数。
原来是我用的友元重载比较函数（必须用友元，否则类对象比较时重载不匹配。
）网上查了好半天才知道的原因。
解决方法：
友元重载比较运算符函数放到.cpp文件里。
3.头文件包含问题要彻底搞明白，.h文件必须加头文件卫士，.cpp必须不加而且不能被#include,。
４．测试结果：
（1）展示程序的运行结果，包括输入和输出，分析数据的正确性；
1.database.data文件（存放用户名密码）
2.用户登录
3.添加用户
4.删除用户
4.更新用户
（2）应用边界数据、或极端数据测试系统，分析结果的正确性。
实验分析验证里已进行充分测试。
５．附录：
附上源代码，并标明源代码的所属文件，并且源代码必须有注释。
//-----------------------------------------------------------------
//AVLTreeNode.h
//AVL树节点类
//功能：
提供主键、左右子指针、父指针，平衡因子
//说明：
平衡因子为char，节约空间（L相当于1，R相当于-1,=相当于0）
//修改时间：
2013-12-2514:
29:
44
//-----------------------------------------------------------------
#ifndefAVLTreeNode_H
#defineAVLTreeNode_H
#include"UserInfo.h"
classAVLTreeNode
{
public:
UserInfokey;
AVLTreeNode*left;
AVLTreeNode*right;
AVLTreeNode*parent;
charbalanceFactor;
AVLTreeNode（）
{
left=0;
right=0;
parent=0;
balanceFactor='=';
}
AVLTreeNode（UserInfos）
{
key=s;
left=0;
right=0;
parent=0;
balanceFactor='=';
}
};
#endif
//==================================================================
//AVLTree.h
//AVL平衡树，实现了添加、查找、图形输出等功能
//Author:
hufeiyaZJUT
//2013-12-414:
38:
04
//2013-12-2414:
35:
42添加了删除方法
//插入经过3KW数据严格测试，删除不严格测试
//==================================================================
#ifndefAVLTree_H
#defineAVLTree_H
#include
#include
#include
#include"AVLTreeNode.h"
usingnamespacestd;
classAVLTree
{
private:
public:
AVLTree（）;
~AVLTree（）;//析构函数。
调用①
voidinsert（AVLTreeNode*n）;//插入元素。
调用④⑤⑥⑦
voidgraph（）;//图形输入。
调用②
voidinOrder（ofstream&fs）;//中序遍历修改文件。
调用③
AVLTreeNode*find（UserInfotarget）;//查找元素，返回地址。
voidremove（UserInfokey）;//删除元素。
调用⑥⑦⑧⑨
private:
AVLTreeNode*root;
voidClearTree（AVLTreeNode*n）;//清除所有元素①
voidgraphAux（AVLTreeNode*subtree,inta）;//递归图形输出②
voidinOrderAux（ofstream&fs,AVLTreeNode*subtree）;//递归中序遍历③
voidrestoreAVL（AVLTreeNode*ancestor,AVLTreeNode*newNode）;//添加节点后重建树④
voidadjustBalanceFactors（AVLTreeNode*end,AVLTreeNode*start）;//调整平衡因子（插入时）⑤
voidrotateLeft（AVLTreeNode*n）;//左旋，插入删除共用⑥
voidrotateRight（AVLTreeNode*n）;//右旋，插入删除共用⑦
voidsearch2（constUserInfo&data,bool&found,AVLTreeNode*&x,AVLTreeNode*&parent）;//remove辅助函数⑧
voidrestoreAVL2（AVLTreeNode*start,boolleft）;//删除节点后后重建树⑨
};
#endif
//-----------------------------------------------------------------
//Interface.h
//界面类
//功能：
构建界面、读取和写入文件
//修改时间：
2013-12-2514:
27:
17
//-----------------------------------------------------------------
#ifndefInterface_H
#defineInterface_H
#include
#include
#include
#include
#include"AVLTree.h"
usingnamespacestd;
classInterface
{
public:
Interface（）;//构造函数，读取文件，创建并建立树
~Interface（）;//保存信息到文件，销毁树，关闭文件
voidmainFace（）;
voidlogIn（）;
voidaddUser（）;
voidremoveUser（）;
voidupdate（）;
private:
AVLTree*data;
ifstreamreadStream;
ofstreamwriteStream;
};
#endif
//-----------------------------------------------------------------
//UserInfo.h
//用户信息类
//功能：
储存用户名、密码等信息，重载部分操作符
//修改时间：
2013-12-2514:
26:
05
//-----------------------------------------------------------------
#ifndefUserInfo_H
#defineUserInfo_H
#include
#include
usingnamespacestd;
classUserInfo
{
public:
UserInfo（）{}
UserInfo（stringname,stringpass）;
UserInfo（stringname）;//缺省密码等于账号
UserInfo（char*name）;//缺省密码等于账号
UserInfo（constUserInfo&b）;//复制构造函数
friendbooloperator<（constUserInfo&a,constUserInfo&b）;
friendbooloperator>（constUserInfo&a,constUserInfo&b）;
booloperator==（constUserInfo&b）;
friendostream&operator<<（ostream&os,constUserInfo&b）;
friendclassInterface;
friendclassAVLTree;
private:
stringusername;
stringpassword;
};
#endif
下面是.cpp文件
Main.cpp:
#include"AVLTree.h"
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"Interface.h"
#pragmawarning（disable:
4996）
usingnamespacestd;
#defineMAX10000000
stringa[MAX];
AVLTreeNode*p[MAX];
voidrandomTest（）;//随机数测试
voidorderTest（）;//顺序插入测试
voiddeleteTest（）;//删除测试
voidmain_interface（）;//主界面
intmain（）
{
//orderTest（）;
//randomTest（）;
//deleteTest（）;
main_interface（）;
return0;
}
voiddeleteTest（）
{
AVLTree&a=*newAVLTree（）;
AVLTreeNode*p=newAVLTreeNode（"4"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"15"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"21"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"38"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"14"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"18"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"28"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"6"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"5"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"7"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"1"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"2"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"100"）;
a.insert（p）;
p=newAVLTreeNode（"8"）;
a.insert（p）;
a.graph（）;
a.remove（"3"）;
a.graph（）;
a.remove（"2"）;
a.graph（）;
a.remove（"7"）;
a.graph（）;
delete&a;
}
voidrandomTest（）
{
//freopen（"G:
\\1.txt","w",stdout）;
AVLTree&at=*newAVLTree（）;
ints=0;
stringstreamss;
mapstlMap;
srand（（int）time（0））;
for（inti=0;i{
ss<ss>>a[i];
p[i]=newAVLTreeNode（a[i]）;
ss.clear（）;
}
cout<<"随机字符串生成完毕，现在插入到AVL树\n";
doubleoldTime=clock（）,newTime;
while（s{
at.insert（p[s]）;
s++;
//cout<}
//at.graph（）;
newTime=clock（）-oldTime;
cout<<"写入"<cout<<"现在测试STLmap，写入相同字符串集合\n";
oldTime=clock（）;
for（inti=0;i{
stlMap[a[i]]++;
}
newTime=clock（）-oldTime;
cout<<"写入"<cout<<"请输入要查找的数\n";
stringtempName;
AVLTreeNode*address=0;
while（cin>>tempName）
{
UserInfotempUser（tempName）;
oldTime=clock（）;
address=at.find（tempUser）;
if（0!
=address）
cout<<"已找到,在地址为"<else
cout<<"未找到\n";
newTime=clock（）-oldTime;
cout<<"查找共用时"<}
delete&at;
}
voidorderTest（）
{
//freopen（"G:
\\1.txt","w",stdout）;
AVLTree&at=*newAVLTree（）;
ints=0;
stringstreamss;
mapstlMap;
inttemp;
stringzeroNum[]={"","0","00","000","0000","00000","000000","0000000","00000000","000000000",};
srand（（int）time（0））;
for（inti=1;i{
stringtempZero;
intnum=0;
for（intj=i;j{
num+=1;
}
ss<stringtemp1;
ss>>temp1;
tempZero+=zeroNum[num];
tempZero+=temp1;
a[i]=tempZero;
p[i]=newAVLTreeNode（a[i]）;
ss.clear（）;
}
cout<<"顺序字符串生成完毕，现在插入到AVL树\n";
doubleoldTime=clock（）,newTime;
while（s{
at.insert（p[s]）;
s++;
//cout<}
//at.graph（）;
newTime=clock（）-oldTime;
cout<<"写入"<cout<<"现在测试STLmap，写入相同字符串集合\n";
oldTime=clock（）;
for（inti=0;i{
stlMap[a[i]]++;
}
newTime=clock（）-oldTime;
cout<<"写入"<cout<<"请输入要查找的数\n";
stringtempName;
AVLTreeNode*address=0;
while（cin>>tempName）
{
UserInfotempUser（tempName）;
oldTime=clock（）;
address=at.find（tempUser）;
if（0!
=address）
cout<<"已找到,在地址为"<else
cout<<"未找到\n";
newTime=clock（）-oldTime;
cout<<"查找共用时"<}
delete&at;
}
voidmain_interface（）
{
Interface&test=*newInterface（）;
delete&test;
}
UserInfo.cpp
#include"UserInfo.h"
UserInfo:
:
UserInfo（stringname,stringpass）
{
username=name;
password=pass;
}
UserInfo:
:
UserInfo（stringname）
{
username=name;
password=name;
}
UserInfo:
:
UserInfo（char*name）
{
username=name;
password=name;
}
UserInfo:
:
UserInfo（constUserInfo&b）//复制构造函数
{
username=b.username;
password=b.password;
}
booloperator<（constUserInfo&a,constUserInfo&b）
{
returna.username}
升级会员 