《实时控制软件设计》第一个编程作业

C++编程是基本功训练，邹欣老师在教学中，第一个作业是

 花二十分钟写一个能自动生成小学四则运算题目的命令行 “软件”，要求：
 a) 除了整数以外，还要支持真分数的四则运算。 （例如：  1/6 + 1/8 = 7/24）
 b) 让程序能接受用户输入答案，并判定对错。 最后给出总共 对/错 的数量。

详见 http://www.cnblogs.com/xinz/p/3803035.html

在此基础上，进一步可以完成第二个作业，进行模块化编程，信息隐藏，接口设计，TDD等方面的训练。
详见 http://www.cnblogs.com/xinz/p/4421170.html

侯捷老师在他的C++课程中，则以复数的运算为例讲解面向对象编程的关键知识点。

本课程以OROCOS机器人软件为主要实战对象，整个OROCOS软件包比较大，但OROCOS里有大量的矩阵运算，是通过调用一个线性代数的开源库Eigen实现的，所以应用Eigen进行矩阵运算完成编程练习，一方面易于上手，另一方面也有利于理解OROCOS的代码。
Eigen的库用起来很容易，只要把源代码下载到本地的开发环境，写一个最简单的程序：

#include <iostream>
#include <Eigen/Dense>
using Eigen::MatrixXd;
int main()
{
  MatrixXd m(2,2);
  m(0,0) = 3;
  m(1,0) = 2.5;
  m(0,1) = -1;
  m(1,1) = m(1,0) + m(0,1);
  std::cout << m << std::endl;
}

然后编译运行，就可以在命令行环境中看到输入结果了。

因为采用C++编程，所以开发环境也有多种选择，如Ubuntu Linux/vim/gcc、Windows/Visual Studio, 由于OROCOS是用gcc编译器编译的，我们优先选用Ubuntu Linux/vim/gcc，如果你对Linux环境不熟悉，可以采用Windows下的轻量级开发环境Dev-C++，该软件也是基于gcc编译器。Dev-C++开发环境的建立过程如下：

1）到Dev-C++的官网上下载Dev-C++安装包，目前版本号是5.11，大约40多M，地址为:
http://sourceforge.net/projects/orwelldevcpp/?source=directory
2）运行该安装文件，按提示完成安装过程。
3）打开Dev-C++软件，新建一个新项目，新建一个main.cpp文件，把上面的程序代码拷贝到main.cpp文件中。

为了使上述代码能够运行，我们还必须在开发环境中集成Eigen库，为此：

4）到Eigen官网下载Eigen库软件压缩包，官网地址为：http://eigen.tuxfamily.org/
5）对压缩包解压缩到刚才新建的项目目录下。
6）点击Dev-C++的菜单“项目->项目属性”，在弹出对话框中选择“文件/目录”选项卡下的“包含文件目录”。
7）把Eigen代码所在的根目录添加到“包含文件目录”列表中，如下图所示。

8）现在编译运行程序，就可以看到运行结果了，如图所示。

在此基础上，同学们可以着手应用Eigen库完成一个具体的功能。参照邹欣老师布置的作业，我们的第一个“软件”开发作业如下：

 第一步： 写一个根据输入坐标生成一个平面图形（点、线段和三角形）并能对该几何图形进行平移和旋转操作的命令行 “软件”，要求：

 a) 通过命令行输入图形的名称，端点数（1为点，2为线段，3为三角形）和端点坐标(x,y)。

 如：输入一个点 p1 1 (2,5)
     输入一个线段 l1 2 (3,5) (4,6)
     输入一个三角形 t1 3 (1,1) (2,5) (-4,7)

 b) 输入一个计算指令，实现对上述图形的平移和绕原点旋转等操作，并输出该图形新的坐标值。

 如：move l1 (3,6) 表示把线段l1沿x方向移动3，沿y方向移动6。
     rotate t1 -30 表示把三角形t1绕原点逆时针旋转30度。

 程序设计要求使用Eigen库函数，（如觉得有难度可先用自己编写的函数实现，但在实现第二步前必须修改成使用Eigen库函数），先在博客上提交代码，并附上运行结果截图。同学之间可相互阅读博客，比较一下各自程序的功能、实现方法的异同。

 第二步，

 在小组内每个同学在如下方向中选择一个，进行功能扩展：

 a) 实现更复杂的二维图形操作，如定义更复杂的图形（多边形），实现图形围绕任意点的旋转，图形相对于某一条线的镜像，并考虑扩展到三维空间。

 b) 把图形数据保存到文件，并能从文件中恢复。

 c) 实现简易GUI，通过GUI输入图形坐标和操作命令，并显示图形。
 
 考虑如何把上述三个软件功能集成在一起，如何定义接口？

 估计做好这个软件需要的时间，并且写出大概的设计步骤和实现算法。