家里小朋友讀一年級了，最近每天都有一些10以內的加減法口算練習，作為程序員爸爸，自然也是想辦法能夠偷懶，讓電腦出題，給小朋友做些練習。於是，自己在業余時間開發了一個四則運算算式生成器，名為：CalculateIt2。項目是開源的，源碼地址是：https://github.com/daxnet/CalculateIt2。也可以在標准的.NET Framework 4.6.1的項目中，通過nuget來引用這個類庫，nuget ID是：CalculateIt2.Engine。為什么名字后面有一個“2”呢？不是說這個項目比較二，而是之前做過一個簡單的版本，但是功能太差，就被拋棄了。現在是第二個版本。
先睹為快
首先，打開Visual Studio 2015，新建一個.NET Framework 4.6.1的控制台應用程序，在項目上點擊鼠標右鍵，選擇Manage NuGet Packages，打開包管理界面，在搜索欄中輸入CalculateIt2.Engine，此時就可以將本類庫添加到項目中：
在Program.cs中，輸入以下代碼：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var formation = "{10}+-*/|3";
var equation = new ArithmeticEquationGenerator(formation,
new AvoidNegativeResultRule(),
new DivisibilityEnsuranceRule());
for (var i = 0; i < 10; i++)
{
var calculation = equation.Generate();
Console.WriteLine($"{calculation.ToFormattedString(SpacingOption.Thin)} = {calculation.Value}");
}
}
}
以上代碼會產生10個10以內，包含3個計算因子的四則混合運算算式，如下：
基本功能
此算式生成器類庫（CalculateIt2.Engine）不僅可以根據指定的算式格式產生算式，而且還能自定義算式生成規則，並使用生成的算式產生各種不同的試題題型。
算式格式定義
在ArithmeticEquationGenerator類的構造函數中，第一個參數指定了需要生成的算式格式，例如，在上例的格式字符串{10}+-*/|3中：
- {10}：指定了每個因子的取值范圍，語義上表示10以內。{30}則表示30以內
- +-*/：指定了算式中可以包含的運算符，這里是支持四則運算。如果只指定+-，那么生成的算式中只會出現加法和減法。至少需要指定一個運算符，相同的運算符不能出現多次
- |：豎線是前半部分和后半部分的分割線。豎線及以后的部分都是可有可無的
- 豎線之后的3：表示產生3個因子的算式，比如上例中所有的算式都是由三個因子組成。此處還可以指定因子個數的范圍，最大數和最小數之間用減號隔開，比如：{10}+-|2-5，則表示需要生成10以內的加減法運算算式，每個算式最多可以包含5個因子，最少需要包含2個因子
算式生成規則
在ArithmeticEquationGenerator類的構造函數的第二個之后的參數中，指定了算式生成規則的類的實例。這些類都實現了CalculateIt2.Engine.Rules.IRule接口，目前在CalculateIt2.Engine類庫中提供了以下幾種生成規則：
- AvoidDivideByZeroRule：當算式中出現除法的時候，避免除法運算出現“除以零”的錯誤。此規則是內建規則，由ArithmeticEquationGenerator產生的算式都適用該規則
- AvoidNegativeResultRule：當算式中出現減法的時候，避免減法運算出現負數結果。此規則可以在構造ArithmeticEquationGenerator時選擇指定，它的選擇與否不會對算式的生成產生致命的影響。但如果是為低年級的小朋友生成算式，那么負數的概念就應該去掉（人家一年級還沒有接觸負數呢）
- DivisibilityEnsuranceRule：當算式中出現除法的時候，確保被除數可以被除數整除。此規則可以在構造ArithmeticEquationGenerator時選擇指定，同樣，它的選擇與否不會對算式的生成產生致命的影響。對於低年級小朋友，還沒有小數的概念，因此，在生成算式的時候，加入這個規則也是很有必要的
除此之外，開發者可以自己擴展IRule接口，定義算式生成的一些特殊規則，比如：在算式中避免出現0這個因子。
多種題型的試題生成
目前支持三種題型的試題生成：標准題，填空題和比大小。不同題型的試題生成器都需要繼承於CalculateIt2.Engine.Generation.QuestionGenerator{T}抽象類。目前默認提供了這三種題型的試題生成：
- RegularQuestionGenerator：生成標准計算題題型，比如：2 + 3 – 1 = __________，同學們把計算結果寫在橫線上
- ClozeQuestionGenerator：生成填空題，比如：5 – 3 + ( ) = 6，同學們在括號中填入數字，將算式補全
- ComparisonQuestionGenerator：比大小題，比如：5 – 1 ○ 2，同學們在圓圈中填入>、<或者=符號
當然，開發者可以根據需要實現更多的題型。一個for循環下來，小朋友們要哭了。
實現
此算式生成器使用了組合模式和經典Visitor模式，並結合動態Visitor模式提供了額外的功能。以下是主要類型的類圖（點擊查看大圖），具體的實現細節就不多介紹了，大家可以參考源代碼。
應用
我結合DocX這個開源類庫，寫了一個算術測試試卷的生成軟件（就是一個控制台程序），它可以使用CalculateIt2.Engine類庫產生10以內加減法的測試試卷，並輸出到一個Microsoft Word文檔，下面是效果：
請慎重干類似的事情，這樣做會讓小朋友不喜歡你的。
接下來。。。
這個類庫我自己搭建了Jenkins服務器進行持續集成和nuget包的分發，接下來打算介紹一下這方面的內容。