数据库操作的模拟

实验要求用ofstream输出的结果在 result.txt 中 其余接口的部分测试结果在 result_test.txt 中 （同样也是使用ofstream输出的，其中部分解释是手动输入的）

项目需求

模拟数据库的操作，主要读取StudentInfo.txt和StudentCourse.txt两张表，其中StudentInfo.txt 为学生个人信息表，包括学号 id、姓名 name、性 别 sex、出生年月 birthday、学年 schoolYear、籍贯 birthplace，StudentCourse.txt 为学生选课信息表，包括学号 id、选课 course、学分 credits、分数 score。

1. 读入两个文本文件 StudentInfo.txt 和 StudentCourse.txt，使用合适的 STL 数据 结构存储两张表的信息，要求以下的操作效率要高，不建议临时做线性遍历 (即 n 个元素逐一访问)。查询结果需要联表打印出相关信息;如果有多个 条目，默认按照 id 排序。

2. 提供排序操作，根据各个字段进行排序，比如 SortByName, SortByScore(单 项课程分数)，SortByTotalScore(总分数)，支持范围查询，比如查询某门 课分数在 80-90 之间的学生，注意合理设计接口，尽量做到代码简洁，少冗余。

3. 提供查询和删除操作，根据各个字段进行条件删除。支持多种条件比如sex == ‘M’ && (birthday.year > 2019 || score < 80)(不用解析这个字符串表达式)，注 意删除要保持两个表格的一致性。

4. 提供 Test 函数，具体测试以下用例，将结果通过 ofstream 写入到 result.txt 中

   1. a) 打印 2020 级选修 C 语言且成绩小于 60 分的学生
   2. b) 统计课程平均分大于 80 的学生个人信息并输出
   3. c) 查询每个学生是否修满 20 学分

StudentCourse.txt 见文件所示。

项目需求在代码中或文档的体现索引：

1. 使用stl存储两张表的信息 -- 见前期结构准备
2. 要求效率高 -- 维护多棵红黑树 -- 保证查找效率 -- 见 前期结构准备
3. 如果多个条目，默认用id的顺序 -- 查找中返回set<size_t>类型（key是id） -- 默认按照id排好序
4. 根据每个字段进行排序 -- Student中的每个字段都维护了排序方法 -- 见代码，其中SortByKey接口维护了多种排序，用传入SortKey控制
5. 支持范围查询 -- 见查找功能 中的第4点
6. 支持各个字段进行删除 -- 结合查找使用该接口 -- 查找支持各个字段，删除通过利用查找的结果进行删除
7. 支持结果的交并 -- 见&和|的重载
8. 代码已经尽我最大可能把查询的效率维持在O(logn)了

StudentDataBase的实现思路和总体框架

前期结构准备

1. 首先通过enum枚举性别 -- 加强代码的可读性enum Sex;

2. 通过定义struct CourseObj;和struct Student;存储Student每一个学生的信息 等题目提供的两个txt文件读取完之后，数据全部统一由struct Student结构进行存储

3. 所有学生的信息统一存储到一个哈希表中 其中哈希表中的结构为unordered_map<size_t, Student*>__hash_map; key为学生的id value为指向学生信息的指针 在本次数据库结构中 -- 全部围绕学生的Id进行操作 通过哈希表存储学生信息，并以id作为key -- 可以做到通过key找到学生信息的复杂度为O(1)

4. 题目要求通过多个字段查找学生，还需要高效率 因此我们维护多个multimap来同时存储学生的信息 -- 以便保证查询操作的效率可以达到O(logn) 其中，每个multimap的key为相对应的字段，value对应于学生的id -- (结合id可以O(1)找到学生的指针，可以完成高效的查询) 我们一共维护了8个multimap(降序multimap,通过仿函数greater<double>) 这8个multimap我们用一个哈希表封装好 unordered_map<string, multimap<double, size_t, greater<double>>>__inner_maps; 这个哈希表的key则为8个multimap所对应的标签，分别为： "C Programming Language" ,"Advanced math", "College English", "Control Theory","Python","total_score", "avg_score","birthday" 通过该哈希表中的key我们可以找到对应的multimap

两个txt文件数据的录入

1. 数据的录入通过内部__init_hash_map()接口和__init_maps()完成 这两个接口中所需的一些工具接口，被封装到了内部类struct init_tools;中

2. __init_hash_map()接口通过读取两个txt文件的每一行，做字符串分析后，new出Student对象，并插入到哈希表中

3. __init_maps()接口，通过读取两个txt文件中的每一行，找到对应的id后，在__hash_map中找到对应的已经new好的Student对象，进行数据的录入

排序功能

1. 在所有排序接口中 -- 如果要排序的字段已经维护了一棵红黑树，则直接遍历红黑树打印 复杂度:O(n)
2. 在所有排序接口中 -- 如果要排序的字段没有被维护红黑树则取出来 -- 排序后打印。与此同时，需要提供sort的仿函数，例如：Cmp_SortByName 复杂度:O(nlogn)

查找功能

1. 查找功能统一返回set<size_t>类型，为符合条件的id的集合 --- 好处：当我们打印多个条目时候 -- 因为set的特性，自动按照id排好序了 这样做的优势：方便交并运算 通过id找到学生信息效率很高 -- 为O(1)

2. 若查找的字段已经维护了红黑树 -- 直接采用multimap的内部接口进行查找：如multimap::upper_bound,multimap::equal_range

3. 若查找的字段没有维护红黑树 -- 则遍历查找

4. 支持范围查找的接口有FindByBirthday() -- 通过生日查找 FindByScoreWithKey()-- 通过分数查找 其中：FindByBirthday()接口： FindByBirthday()接口传入两个元组类型数据结构 (tuple<size_t,size_t,size_t>) set<size_t> FindByBirthday(const tuple<size_t, size_t, size_t>& lower_limit, const tuple<size_t, size_t, size_t>& upper_limit = tuple<size_t, size_t, size_t>()) 其中，第二个元组提供缺省参数 使用方法： 当第二个参数不传的时候，即FindByBirthday()只传入一个tuple -- 表示单个条件查询 即查询生日符合第一个元组的学生 当传入两个参数的时候：分为三种情况： 1. 如果lower_limit为(ninf_uint,ninf_uint,ninf_uint) -- 表示无下限查找 -- 表示只要生日在upper_limit之前的都符合条件 2. 如果upper_limit为(pinf_uint,pinf_uint,pinf_uint) -- 表示无上限查找 3. lower_limit,upper_limit中都是其余整数 -- 表示区间查找

   其中FindByScoreWithKey()接口： set<size_t> FindByScoreWithKey(string key, double lower_limit, double upper_limit = INT_MAX) 通过key的传入表示要查找的字段，key的选择有： "C Programming Language" ,"Advanced math", "College English", "Control Theory","Python","total_score", "avg_score" 使用方法： 和FindByBirthday()接口一致 通过区分传入参数个数和值，分别表示 单值查找，无上限查找，无下限查找和区间查找

删除功能

通过传入的set<size_t> -- 即学生的id集合进行查找。遍历哈希表（O(1)）和8个map (O(n))对指定id的学生进行删除操作。总的复杂度：O(n)

交并功能

可以调用stl的set_union等函数对set完成交并功能，具体请见代码注释。

析构

循环释放哈希表和8个multimap的指针。其中，Student需要手动实现析构函数析构CourseObj*

其它接口的功能

通过注释的形式展示.