要求用 C++语言设计程序，设计实现学生成绩管理系统的应用程序，程序具 体要求如下： 通过二维数组构建学生的成绩单 学号 语文 数学 英语 物理 化学 生物 101 96 79 88 77 76 83 102 79 82 86 82 67 91 103 83 98 95 92 93 88 104 92 82 78 89 81 79 105 87 95 91 85 87 75 程序包含的功能： 1、 输入学号和科目名称（如语文、数学等）查询所有同学该科门科目的平 均成绩以及该生该门科目的排名。 2、 输入学号，输出所有同学根据总成绩的排名，并输出该学号的排名。 3、 输入学号、科目名称、修改的成绩分数对成绩单中成绩进行修改。 4、程序在最开始可以选择想执行的业务选项。 其它要求：除程序能够正确运行外，还要求程序具有友好的用户交互界面， 能够对错误输入进行处理（比如对输入金额验证，输入 id 的唯一性验证，输入 超长字符的验证），具备良好的性能，程序要求具有良好的注释和代码美观性

以下是一个简单的学生成绩管理系统的应用程序，具体实现要求如下：

1. 定义学生结构体，包含学号和各科成绩信息。
2. 声明二维数组，存储所有学生的成绩单信息。
3. 实现菜单功能，包括查询科目平均成绩以及该生排名、查询总成绩排名以及该生排名、修改成绩。
4. 对用户输入进行验证，包括学号和科目名称的合法性、成绩的合法性。
5. 实现文件读写功能，可将成绩单信息保存到文件中，也可以从文件中读取已有的成绩单信息。

下面是具体的代码实现：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <iomanip>
using namespace std;

// 学生结构体
struct Student {
    int id; // 学号
    int chinese; // 语文成绩
    int math; // 数学成绩
    int english; // 英语成绩
    int physics; // 物理成绩
    int chemistry; // 化学成绩
    int biology; // 生物成绩
};

// 声明二维数组，存储成绩单信息
const int MAX_STUDENTS = 5; // 最大学生数
const int MAX_SUBJECTS = 6; // 最大科目数
Student students[MAX_STUDENTS] = {
    {101, 96, 79, 88, 77, 76, 83},
    {102, 79, 82, 86, 82, 67, 91},
    {103, 83, 98, 95, 92, 93, 88},
    {104, 92, 82, 78, 89, 81, 79},
    {105, 87, 95, 91, 85, 87, 75}
};

// 查询科目平均成绩以及该生排名
void query_subject() {
    int id, subject;
    cout << "请输入学号和科目编号（1-6）：" << endl;
    cin >> id >> subject;
    if (id < 101 || id > 105) {
        cout << "学号不存在！" << endl;
        return;
    }
    if (subject < 1 || subject > 6) {
        cout << "科目编号错误！" << endl;
        return;
    }
    double avg = 0; // 科目平均成绩
    int rank = 1; // 排名
    for (int i = 0; i < MAX_STUDENTS; i++) {
        if (students[i].id == id) {
            avg = (double)students[i].chinese / MAX_STUDENTS;
            avg += (double)students[i].math / MAX_STUDENTS;
            avg += (double)students[i].english / MAX_STUDENTS;
            avg += (double)students[i].physics / MAX_STUDENTS;
            avg += (double)students[i].chemistry / MAX_STUDENTS;
            avg += (double)students[i].biology / MAX_STUDENTS;
            break;
        }
    }
    for (int i = 0; i < MAX_STUDENTS; i++) {
        switch (subject) {
            case 1:
                if (students[i].chinese > students[id - 101].chinese) {
                    rank++;
                }
                break;
            case 2:
                if (students[i].math > students[id - 101].math) {
                    rank++;
                }
                break;
            case 3:
                if (students[i].english > students[id - 101].english) {
                    rank++;
                }
                break;
            case 4:
                if (students[i].physics > students[id - 101].physics) {
                    rank++;
                }
                break;
            case 5:
                if (students[i].chemistry > students[id - 101].chemistry) {
                    rank++;
                }
                break;
            case 6:
                if (students[i].biology > students[id - 101].biology) {
                    rank++;
                }
                break;
        }
    }
    cout << "该科目平均成绩为：" << fixed << setprecision(2) << avg << endl;
    cout << "该生在该科目中排名为：" << rank << endl;
}

// 查询总成绩排名以及该生排名
void query_total() {
    int id;
    cout << "请输入学号：" << endl;
    cin >> id;
    if (id < 101 || id > 105) {
        cout << "学号不存在！" << endl;
        return;
    }
    double total[MAX_STUDENTS] = {0}; // 存储每个学生的总成绩
    int rank = 1; // 排名
    for (int i = 0; i < MAX_STUDENTS; i++) {
        total[i] += students[i].chinese;
        total[i] += students[i].math;
        total[i] += students[i].english;
        total[i] += students[i].physics;
        total[i] += students[i].chemistry;
        total[i] += students[i].biology;
    }
    for (int i = 0; i < MAX_STUDENTS; i++) {
        if (total[i] > total[id - 101]) {
            rank++;
        }
    }
    cout << "该生总成绩排名为：" << rank << endl;
    cout << "总成绩排名：" << endl;
    cout << "学号\t总成绩" << endl;
    for (int i = 0; i < MAX_STUDENTS; i++) {
        cout << students[i].id << "\t" << total[i] << endl;
    }
}

// 修改成绩
void modify_score() {
    int id, subject, score;
    cout << "请输入学号、科目编号（1-6）以及修改后的成绩：" << endl;
    cin >> id >> subject >> score;
    if (id < 101 || id > 105) {
        cout << "学号不存在！" << endl;
        return;
    }
    if (subject < 1 || subject > 6) {
        cout << "科目编号错误！" << endl;
        return;
    }
    if (score < 0 || score > 100) {
        cout << "成绩输入错误！" << endl;
        return;
    }
    switch (subject) {
        case 1:
            students[id - 101].chinese = score;
            break;
        case 2:
            students[id - 101].math = score;
            break;
        case 3:
            students[id - 101].english = score;
            break;
        case 4:
            students[id - 101].physics = score;
            break;
        case 5:
            students[id - 101].chemistry = score;
            break;
        case 6:
            students[id - 101].biology = score;
            break;
    }
    cout << "修改成功！" << endl;
}

// 保存成绩单信息到文件
void save_file() {
    ofstream fout("scores.txt");
    for (int i = 0; i < MAX_STUDENTS; i++) {
        fout << students[i].id << " ";
        fout << students[i].chinese << " ";
        fout << students[i].math << " ";
        fout << students[i].english << " ";
        fout << students[i].physics << " ";
        fout << students[i].chemistry << " ";
        fout << students[i].biology << endl;
    }
    fout.close();
    cout << "保存成功！" << endl;
}

// 从文件中读取成绩单信息
void read_file() {
    ifstream fin("scores.txt");
    if (!fin) {
        cout << "文件不存在！" << endl;
        return;
    }
    for (int i = 0; i < MAX_STUDENTS; i++) {
        fin >> students[i].id;
        fin >> students[i].chinese;
        fin >> students[i].math;
        fin >> students[i].english;
        fin >> students[i].physics;
        fin >> students[i].chemistry;
        fin >> students[i].biology;
    }
    fin.close();
    cout << "读取成功！" << endl;
}

// 显示菜单
void show_menu() {
    cout << "========= 学生成绩管理系统 =========" << endl;
    cout << "1. 查询科目平均成绩以及该生排名" << endl;
    cout << "2. 查询总成绩排名以及该生排名" << endl;
    cout << "3. 修改成绩" << endl;
    cout << "4. 保存成绩单信息到文件" << endl;
    cout << "5. 从文件中读取成绩单信息" << endl;
    cout << "0. 退出程序" << endl;
    cout << "====================================" << endl;
}

int main() {
    int choice;
    while (true) {
        show_menu();
        cout << "请输入功能选项：" << endl;
        cin >> choice;
        switch (choice) {
            case 1:
                query_subject();
                break;
            case 2:
                query_total();
                break;
            case 3:
                modify_score();
                break;
            case 4:
                save_file();
                break;
            case 5:
                read_file();
                break;
            case 0:
                cout << "程序已退出！" << endl;
                return 0;
            default:
                cout << "选项错误，请重新输入！" << endl;
                break;
        }
    }
    return 0;
}