ACM競賽在線測評系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

鐘耀章，桂 瓊

(桂林理工大學(xué)，廣西 桂林 541006)

0 引言

ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽是由國際計算機協(xié)會(ACM)主辦的，比賽一般會有7～13個題目[1]。三個人一隊，共同使用一臺電腦，需要在5個小時內(nèi)使用C/C++、Java和Python中的一種來編寫程序從而解決問題。在線測評系統(tǒng)(Online Judge，OJ)先前的目標(biāo)是為了鍛煉參加ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽的參賽者們。除此之外，在實際的計算機教學(xué)環(huán)境中也起到了很大的作用，學(xué)生在學(xué)習(xí)計算機基本算法或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似課程的過程時，常常不能知道自己設(shè)計的算法和實現(xiàn)的代碼是否完全正確而不能做出正確的判斷。特別是一些剛?cè)腴T的程序設(shè)計愛好者常常不能對自己所寫的程序有一個很好的認(rèn)識，在線測評系統(tǒng)憑借著嚴(yán)格的判題體系和大量的測試數(shù)據(jù)的優(yōu)勢完美地解決了這個問題。在線測評系統(tǒng)對比人工評判有著如下的優(yōu)勢：(1)效率高，人工評判時間漫長，不能讓學(xué)生及時地了解到自己那些方面的不足，在線測評只需要幾秒鐘就能完成測評并實時將結(jié)果反饋給用戶。(2)使用方便，你只需要有一臺能聯(lián)網(wǎng)的電腦就可以進行算法訓(xùn)練，并且題目多樣性，大大提高學(xué)生的興趣。(3)公平性，不會存在人為主觀因素，系統(tǒng)是拿測試數(shù)據(jù)進行對比。本系統(tǒng)旨為算法愛好者提供一個在線學(xué)習(xí)、交流的平臺。

1 系統(tǒng)功能需求分析

1.1 系統(tǒng)總體框架

本次要開發(fā)的ACM競賽在線測評系統(tǒng)分為三個模塊：前臺服務(wù)模塊、后臺管理模塊、后臺測評模塊[2]。前臺服務(wù)模塊有：用戶注冊登錄、用戶找回密碼、修改個人信息、用戶排名、題目預(yù)覽、查看提交代碼和報名競賽等。后臺管理模塊有：用戶管理、比賽管理、題目管理和管理員注冊登錄等。后臺測評模塊有：代碼處理、代碼編譯、代碼測試。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 ACM競賽在線測評系統(tǒng)總體框圖

1.2 前臺服務(wù)模塊分析

前臺服務(wù)模塊指的是本系統(tǒng)普通用戶使用的模塊，就是用戶打開瀏覽器輸入本系統(tǒng)的url即可訪問到系統(tǒng)，前臺服務(wù)模塊如圖2所示。

圖2 前臺服務(wù)模塊

(1)用戶注冊：使用本系統(tǒng)需要注冊一個用戶，輸入學(xué)號，密碼，名字，學(xué)校，專業(yè)班級，QQ，郵箱等。

(2)用戶登錄：使用本系統(tǒng)必須先登錄，如果想要通過url的方式直接訪問本系統(tǒng)，也會被系統(tǒng)攔截器攔下來。

(3)用戶找回密碼：當(dāng)用戶忘記自己的密碼時，可以通過注冊時的學(xué)號和郵箱來修改新的密碼。

(4)修改個人信息：用戶可以修改除了學(xué)號的其他基本信息。

(5)用戶排名：用戶可以查看自己在本系統(tǒng)的排名，根據(jù)你的解題數(shù)和你的提交次數(shù)做一個排名。

(6)題目預(yù)覽：用戶點擊題目按鈕時，系統(tǒng)會以每頁10題的方式來顯示當(dāng)前系統(tǒng)的所有題目。

(7)查看提交代碼：當(dāng)用戶提交代碼后，系統(tǒng)會把用戶提交的代碼、運行時間、測評狀態(tài)、提交時間和使用的語言等信息存儲起來，用戶可以查看本題提交狀態(tài)和查看提交的代碼，也可以查看其他用戶提交的信息。

(8)報名競賽：用戶可以報名正在進行的競賽。

1.3 后臺管理模塊分析

后臺管理模塊是屬于管理員的模塊，可以對用戶、題目和競賽進行管理，后臺管理模塊如圖3所示。

圖3 后臺管理模塊

(1)管理員注冊：如果想登錄系統(tǒng)的后臺管理頁面，需要注冊一個系統(tǒng)管理員用戶。

(2)管理員登錄：必須要登錄才能訪問系統(tǒng)后臺管理模塊，如果直接通過url的方式訪問后臺頁面，也會被攔截器攔截并且跳轉(zhuǎn)到登錄頁面。

(3)用戶管理：管理員可以查看用戶，并且對其進行修改刪除操作。

(4)題目管理：管理員可以為系統(tǒng)新增題目、修改題目和刪除題目。

(5)競賽管理：管理員可以新增競賽、新增競賽題目和刪除競賽。

1.4 后臺測評模塊分析

后臺測評模塊對用戶提交的代碼進行處理，判定是C還是Java等，編譯代碼，編譯通過后運行代碼，測評結(jié)果是否正確，后臺測評模塊如圖4所示。

圖4 后臺測評模塊

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

(1)用戶端：用戶需要通過瀏覽器，來訪問本系統(tǒng)，首先需要注冊成為本系統(tǒng)用戶，然后登錄使用本系統(tǒng)。用戶忘記密碼時，可以通過學(xué)號和電子郵箱來修改新密碼。登錄成功首頁有題目、提交、比賽、個人信息和排行榜等按鈕。題目頁面會以每頁10條數(shù)據(jù)進行分頁顯示題目，分別顯示題目標(biāo)題、題目難度、通過率和提交狀態(tài)等信息。點擊題目標(biāo)題將會跳轉(zhuǎn)到題目詳情頁面，在該頁面可以進行代碼提交。提交信息頁面分別顯示運行ID、提交用戶、題號、運行時間、測評結(jié)果、提交時間等信息，點擊運行ID會彈出模態(tài)框里面顯示該次提交的代碼。比賽頁面分別顯示競賽標(biāo)題，競賽開始結(jié)束時間和競賽當(dāng)前狀態(tài)。競賽狀態(tài)會根據(jù)競賽開始結(jié)束時間和系統(tǒng)當(dāng)前時間做對比，分3種狀態(tài)：未開始、正在進行和已結(jié)束。用戶可以修改除學(xué)號之外的個人信息，查看用戶排行榜。

(2)管理員端：后臺管理模塊有用戶管理、題目管理和競賽管理功能。用戶管理有用戶修改和用戶刪除操作。題目管理有新增、修改和刪除題目操作。競賽管理有新增競賽、刪除競賽和新增競賽題目操作。

2.2 測評功能模塊設(shè)計

本OJ系統(tǒng)所支持的編程語言有C，C++，Java，整個測評功能模塊的工作步驟如下：

(1)獲取用戶提交的源代碼，如果是用戶使用的是C、C++語言的話，會把代碼保存在指定的文件夾下，XXXX.c或者.cpp的文件里，前面4位是系統(tǒng)隨機產(chǎn)生字符，這也是保證文件名不能相同。如果用戶選擇的是Java語言的話，首先Java的類名必須是Main，隨后生成XXXX.java文件。

(2)編譯源代碼生成的.c或者.java文件，系統(tǒng)會根據(jù)相應(yīng)的文件調(diào)用不同的編譯器，C/C++生成.exe文件，Java生成.class文件，前面的4位隨機數(shù)和編譯前是一樣的。

(3)運行已經(jīng)編譯好的.exe或者.class文件，運行文件進行數(shù)據(jù)的輸入輸出用來和錄入數(shù)據(jù)庫的測試用例對比，得到結(jié)果，并將測評結(jié)果實時反饋給用戶，測評功能模塊流程如圖5所示。

圖5 測評功能模塊

3 測評功能模塊實現(xiàn)

3.1 C/C++，Java編譯器

系統(tǒng)選擇C/C++的編譯器是WinGW，它是一個精簡的Windows平臺，支持C/C++、ADA編譯器，使用較為方便[3]。

Java編譯器選擇JDK，它為Java應(yīng)用程序開發(fā)提供了編譯和執(zhí)行環(huán)境，所有的Java寫程序都依賴于它。

安裝好編譯器和配置好環(huán)境后就可以直接使用cmd窗口執(zhí)行命令調(diào)用相應(yīng)的編譯器編譯運行C/C++或Java文件。

3.2 測評功能實現(xiàn)流程

(1)先獲取用戶提交的源代碼，判斷提交的是C/C++還是Java。

(2)將用戶提交的代碼存放在系統(tǒng)指定位置，并且C/C++命名為xxxx.c文件，Java命名為xxxx.java(用戶提交的Java代碼，類名必須為Main)，文件名為隨機四位字符。

(3)編譯用戶提交的代碼，使用Runtime.getRuntime().exec方法可以調(diào)用cmd命令行窗口執(zhí)行g(shù)++或者javac命令編譯.c和.java文件。

(4)執(zhí)行編譯成功后的.exe文件或者.class文件，還是使用Runtime.getRuntime().exec方法調(diào)用cmd命令行窗口[4]。

Processprocess = Runtime.getRuntime().exec(“運行命令”);//執(zhí)行編譯

BufferedWriter bout = new BufferedWriter();

bout = newOutputStreamWriter(process.getOutputStream());// 獲取子進程輸出流

bout.write(sampleInput);// 輸入數(shù)據(jù)庫的測試樣例

bout.close();

(5)將運行輸出的結(jié)果和數(shù)據(jù)庫測試數(shù)據(jù)進行對比，并將測評結(jié)果存放數(shù)據(jù)庫

例如用戶提交的是Java代碼，Java源碼測評程序流程圖如圖6所示。

圖6 Java源碼測評程序流程

4 結(jié)語

ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計競賽是計算機界最有權(quán)威的競賽之一，也被稱為計算機界馬拉松。在線測評系統(tǒng)是一個功能性很強且綜合的系統(tǒng)，不僅要求會Java Web和數(shù)據(jù)庫的知識還要求實現(xiàn)頁面的簡潔美觀。本文對在線測評系統(tǒng)前臺服務(wù)模塊到后臺管理模塊和測評模塊做了詳細(xì)需求分析，著重介紹了實現(xiàn)在線測評的整個流程。系統(tǒng)設(shè)計已基本完成，能夠在線測評并實時將結(jié)果反饋給用戶。