用户登录系统

数据结构大型实验

2015/2016（1）

实验题目 用户登录系统

学生姓名 ____ 学生学号

主要工作 树的结构、框架编写 负责人 学生班级

任课教师 提交日期

2016.1.2

计算机科学与技术学院

用户登录系统

一.实验题目和要求：

【问题描述】

在登录服务器系统时，都需要验证用户名和密码，如telnet远程登录服务器。用户输入用户名和密码后，服务器程序会首先验证用户信息的合法性。由于用户信息的验证频率很高，系统有必要有效地组织这些用户信息，从而快速查找和验证用户。另外，系统也会经常会添加新用户、删除老用户和更新用户密码等操作，因此，系统必须采用动态结构，在添加、删除或更新后，依然能保证验证过程的快速。请采用相应的数据结构模拟用户登录系统，其功能要求包括用户登录、用户密码更新、用户添加和用户删除等。

【基本要求】

1.要求自己编程实现二叉树结构及其相关功能，以存储用户信息，不允许使用

标准模板类的二叉树结构和函数。同时要求根据二叉树的变化情况，进行相应的平衡操作，即AVL平衡树操作，四种平衡操作都必须考虑。测试时，各种情况都需要测试，并附上测试截图；

2.要求采用类的设计思路，不允许出现类以外的函数定义，但允许友元函数。

主函数中只能出现类的成员函数的调用，不允许出现对其它函数的调用。3.要求采用多文件方式：.h文件存储类的声明，.cpp文件存储类的实现，主函

数main存储在另外一个单独的cpp文件中。如果采用类模板，则类的声明和实现都放在.h文件中。

4.要求源程序中有相应注释；

5.不强制要求采用类模板，也不要求采用可视化窗口；

6.要求测试例子要比较详尽，各种极限情况也要考虑到，测试的输出信息要详

细易懂，表明各个功能的执行正确；

7.要求采用Visual C++ 6.0及以上版本进行调试；

二.设计思路：

1.系统总体设计：

采用平衡二叉查找树（AVL），以用户名（IP）作为比较的关键词进行插入。平衡二叉查找树是在二叉搜索树（BST）的基础上进行了优化，使得树基本达到平衡。定义内部类userNode来存储AVL树的节点信息。

2.系统功能设计：

要创建一颗包含用户名和用户密码的二叉树，要能适应频繁的查找，因为每个用户名是唯一的，将用户名（string类型）作为AVL树的比较参数，这样就可以实现快速的插入、删除和查找，重定义userNode类的比较函数。AVL树是用模板类实现的，这样就可以直接比较两个用户类，方便了很多。

图1 系统功能结构图

3.类的设计：

// 节点的类

class userNode

{

private:

string name;

string password;

short int height;

public:

userNode *left;

userNode *right;

userNode(const string &name,const string &password);

userNode(const userNode & temp);

void setName(const string &name);

void setPassword(const string &password);

string getName();

string getPassword();

int getHeight();

void changeHeight(const int height);//改变树的高度

bool checkName(const string &name);

};

// 树的类

class tree

{

private:

userNode *root;

public:

tree();

~tree();

void insert_node(userNode *&t ,userNode &temp);

void insert_node(userNode &temp); //新建一个节点

void remove(userNode *&r,userNode *&temp);

void remove(userNode *&temp);//删除一个节点

void clear(userNode *t);

void clear();

void print();

void print(int index,userNode *r);//输出一棵树

void Print();

void Print(ofstream &ofile,userNode *&r);//写入文件

void rotateL(userNode *&r);//左旋

void rotateR(userNode *&r);//右旋

void rotateDoubleLR(userNode *&r);//左右旋

void rotateDoubleRL(userNode *&r);//右左旋

void rightBalance(userNode *&r);

void leftBalance(userNode *&r);

userNode *findNode(string s);//搜索一个节点

userNode *searchLeftMaxNode(userNode *&r,userNode *&R);

};

// 框架类

class frame

{

tree myTree;

public:

frame();

void view();//显示主界面

void Login();//登录界面

void testInsert();//插入一个节点

void printTree();//画出一棵树

};

4.主程序的设计：

图2 类的调用

三.调试分析：

1.技术难点分析：

（1）查询操作时，怎么能找到相应用户的节点？

考虑到用户名的唯一性，所以将用户名作为AVL树的关键词，以字符串来比较大小，进行排序，重定义userNode类的比较操作符，只比较IP,因此，在查询的时候，新建一个userNode的对象，其IP赋值为所要查询的IP，然后调用查找函数，可找到对应的点

（2）AVL树的实现

看书，上网查询。先了解二叉查找树（BST）的实现，二叉查找树（BST）是一种很好的数据结构，它的特点是，对其任一节点，都满足该节点的左子树的所有点的值都小于该节点，而右子树则是大于。我采用链表来实现它，创建关于节点的

一个类 Node ，内含描述该节点的值，及左右指针。我定义 insert_node() 函数来实现新节点的插入。AVL树相对于BST树，多了平衡两字，树都有高度，而AVL树就是要求每一个节点的左子树和右子树的高度差不超过1，这样就能使其尽可能的减小整棵树的高度，使时间复杂度能稳定在O(logN), 但我们不可能去约束用户的输入，因此，引入了四种旋转：

图3 右旋

图4 左旋

图5 先右旋再左旋

图6 先左旋再右旋（3）修改密码或删除用户后如何返回上一界面？经反复修改，未果，遂放弃。

2.调试错误分析：

（1）登陆时密码要正确。

图7 用户登录界面（2）登陆时用户要存在

图8 用户不存在界面（3）新建用户名不能已存在

图9 用户名已存在界面

四、测试结果分析：

1）主界面

图10 主界面

2）登录界面

图11 登录界面3）注册界面

图12 注册界面4）树图

图13 树形图界面5）修改密码

图14 修改密码6）删除用户

图15 删除用户界面

五、附录：

Node.h

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

class userNode

{

private:

string name;

string password;

short int height;

public:

userNode *left;

userNode *right;

userNode(const string &name,const string &password);

userNode(const userNode & temp);

void setName(const string &name);

void setPassword(const string &password);

string getName();

string getPassword();

int getHeight();

void changeHeight(const int height);//改变树的高度

bool checkName(const string &name);

};

Tree.h

#include"node.h"

#include

class tree

{

private:

userNode *root;

public:

tree();

~tree();

void insert_node(userNode *&t ,userNode &temp);

void insert_node(userNode &temp); //新建一个节点

void remove(userNode *&r,userNode *&temp);

void remove(userNode *&temp);//删除一个节点

void clear(userNode *t);

void clear();

void print();

void print(int index,userNode *r);//输出一棵树

void Print();

void Print(ofstream &ofile,userNode *&r);//写入文件

void rotateL(userNode *&r);//左旋

void rotateR(userNode *&r);//右旋

void rotateDoubleLR(userNode *&r);//左右旋

void rotateDoubleRL(userNode *&r);//右左旋

void rightBalance(userNode *&r);

void leftBalance(userNode *&r);

userNode *findNode(string s);//搜索一个节点

userNode *searchLeftMaxNode(userNode *&r,userNode *&R); };

Frame.h

#include"tree.h"

class frame

{

tree myTree;

public:

frame();

void view();//显示主界面

void Login();//登录界面

void testInsert();//插入一个节点

void printTree();//画出一棵树

};

Node.cpp

#include"node.h"

void userNode::setName(const string &name)

{

this->name=name;

}

void userNode::setPassword(const string &password)

{

this->password=password;

}

string userNode::getName()

{

return name;

}

string userNode::getPassword()

{

return password;

}

int userNode::getHeight()

{

return this==NULL?-1:height;

}

void userNode::changeHeight(const int h)

{

height=h;

}

bool userNode::checkName(const string &name)

{

if(this->name==name)return true;

else return false;

}

userNode::userNode(const string &name,const string &password) {

this->name=name;

this->password=password;

height=0;

left=NULL;

right=NULL;

}

userNode::userNode(const userNode & temp)

{

this->name=https://www.360docs.net/doc/e4893293.html,;

this->password=temp.password;

height=0;

left=NULL;

right=NULL;

}

Tree.cpp

#include"tree.h"

#include

//构造函数

tree::tree()

{

root=NULL;

}

void tree::insert_node(userNode &temp)

{

insert_node(root,temp);

}

void tree::insert_node(userNode *&r,userNode &t)

{

if(r==NULL)

{

r=new userNode(t);//若树为空，直接新建节点

}

else if(r->getName()==t.getName())//若节点值相等，则用户名重复

{

return;

string rename;

cout<<"用?户§名?"<

cin>>rename;

t.setName(rename);

insert_node(r,t);

}

else if(r->getName()>t.getName())

{

insert_node(r->left,t);

if(r->left->getHeight()-r->right->getHeight()==2)

{

rightBalance(r);

}

}

else if(r->getName()

{

insert_node(r->right,t);

if(r->right->getHeight()-r->left->getHeight()==2)

{

leftBalance(r);

}

}

r->changeHeight( max(r->left->getHeight(),r->right->getHeight())+1 );

}

// 移除

void tree::remove(userNode *&r,userNode *&temp)

{

if(r==NULL)

{

return;

}

else if(temp->getName()getName())

{

remove(r->left,temp);

if(r->right->getHeight()-r->left->getHeight()==2)

leftBalance(r);

}

else if(temp->getName()>r->getName())

{

remove(r->right,temp);

if(r->left->getHeight()-r->right->getHeight()==2)

rightBalance(r);

}

else

{

if(r->left==NULL)

{

userNode *q=r;

r=r->right;

delete q;

}

else if(r->right==NULL)

{

userNode *q=r;

r=r->left;

delete q;

}

else{

userNode *R;

r=searchLeftMaxNode(r,R);

remove(r->left,R);

if(r->right->getHeight()-r->left->getHeight()==2)

leftBalance(r);

}

}

if(r)

r->changeHeight(max(r->left->getHeight(),r->right->getHeight())+1);

}

void tree::remove(userNode *&temp)

{

remove(root,temp);

void tree::print()

{

print(0,root);

}

void tree::print(int index,userNode *r)

{

if(r)

{

print(index+8,r->right);

cout<getName()<<"("<left->getHeight()-r->right->getHeight()<<" )"<

print(index+8,r->left);

}

}

void tree::Print(ofstream &ofile,userNode *&r)

{

if(r)

{

Print(ofile,r->left);

ofile<getName()<<","<getPassword()<<'\n';

Print(ofile,r->right);

}

}

void tree::Print()

{

userNode *p=root;

ofstream ofile;

ofile.open("user.txt");

assert(ofile.is_open());

Print(ofile,p);

ofile.close();

}

void tree::rotateL(userNode *&r)

{

userNode *R=r->right;

r->right=R->left;

R->left=r;

r->changeHeight(max(r->left->getHeight(),r->right->getHeight())+1);

R->changeHeight(max(R->left->getHeight(),r->getHeight())+1);

r=R;

}

void tree::rotateR(userNode *&r)

{

userNode *L=r->left;

r->left=L->right;

L->right=r;

r->changeHeight(max(r->left->getHeight(),r->right->getHeight())+1);

L->changeHeight(max(L->left->getHeight(),r->getHeight())+1);

r=L;

}

void tree::rotateDoubleLR(userNode *&r)

{

rotateL(r->left);

rotateR(r);

}

void tree::rotateDoubleRL(userNode *&r)

{

rotateR(r->right);

rotateL(r);

}

void tree::rightBalance(userNode *&r)

{

userNode *temp=r->left;

if(temp->left->getHeight()-temp->right->getHeight()==-1)

rotateDoubleLR(r);

else rotateR(r);

}

void tree::leftBalance(userNode *&r)

{

userNode *temp=r->right;

if(temp->left->getHeight()-temp->right->getHeight()==1)

rotateDoubleRL(r);

else rotateL(r);

}

userNode* tree::findNode(string s)

userNode *r=root;

while(r)

{

if(s==r->getName())

return r;

else if(sgetName())

r=r->left;

else if(s>r->getName())

r=r->right;

}

return NULL;

}

userNode*tree::searchLeftMaxNode(userNode *&r,userNode *&R) {

bool Left=false,Right=true;

userNode *q=NULL;

R=r;

if(r->left->left==NULL&&r->left->right==NULL)

{

q=r;

r=r->left;

q->left=NULL;

r->left=q;

r->right=q->right;

q->right=NULL;

R=q;

}

else{

if(r->left)

r=r->left;

while(r->right)

{

if(r->right->right==NULL)

q=r;

r=r->right;

Right=false;

}

if(Right)

{

if(r->left)

{

q=r;

r=r->left;