实验3
任务1
源代码：
button.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
class Button {
public:
Button(const std::string &label_);
const std::string& get_label() const;
void click();
private:
std::string label;
};
Button::Button(const std::string &label_): label{label_} {
}
inline const std::string& Button::get_label() const {
return label;
}
inline void Button::click() {
std::cout << "Button '" << label << "' clicked\n";
}
task1.cpp
#include "window.hpp"
#include <iostream>
void test(){
Window w("Demo");
w.add_button("add");
w.add_button("remove");
w.add_button("modify");
w.add_button("add");
w.display();
w.close();
}
int main() {
std::cout << "用组合类模拟简单GUI:\n";
test();
}
window.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "button.hpp"
// 窗口类
class Window{
public:
Window(const std::string &title_);
void display() const;
void close();
void add_button(const std::string &label);
void click_button(const std::string &label);
private:
bool has_button(const std::string &label) const;
private:
std::string title;
std::vector<Button> buttons;
};
Window::Window(const std::string &title_): title{title_} {
buttons.push_back(Button("close"));
}
inline void Window::display() const {
std::string s(40, '*');
std::cout << s << std::endl;
std::cout << "window : " << title << std::endl;
int cnt = 0;
for(const auto &button: buttons)
std::cout << ++cnt << ". " << button.get_label() << std::endl;
std::cout << s << std::endl;
}
inline void Window::close() {
std::cout << "close window '" << title << "'" << std::endl;
click_button("close");
}
inline bool Window::has_button(const std::string &label) const {
for(const auto &button: buttons)
if(button.get_label() == label)
return true;
return false;
}
inline void Window::add_button(const std::string &label) {
if(has_button(label))
std::cout << "button " << label << " already exists!\n";
else
buttons.push_back(Button(label));
}
inline void Window::click_button(const std::string &label) {
for(auto &button:buttons)
if(button.get_label() == label) {
button.click();
return;
}
std::cout << "no button: " << label << std::endl;
}
运行截图：
问题1：是，window是整体button是部分，部分不能脱离整体。
问题2：优点：提供透明的查询能力，缺点：暴露内部实现细节，增加维护成本，
判断成员函数： public：函数是类的 “对外服务接口”，用户必须通过它完成核心操作，没有这些接口用户无法使用类。private：函数仅为 “内部辅助逻辑”，用户无需关心其存在。
问题3：接口1：更高效，安全性一致，接口2：低效，在本代码中无需使用。
问题4:能正常运行，结果一致，一个适用于现有button，一个适用于创建新对象。
任务2:
源代码：
task2.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
void test1();
void test2();
void output1(const std::vector<int> &v);
void output2(const std::vector<int> &v);
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v);
int main() {
std::cout << "深复制验证1: 标准库vector<int>\n";
test1();
std::cout << "\n深复制验证2: 标准库vector<int>嵌套使用\n";
test2();
}
void test1() {
std::vector<int> v1(5, 42);
const std::vector<int> v2(v1);
std::cout << "**********拷贝构造后**********\n";
std::cout << "v1: "; output1(v1);
std::cout << "v2: "; output1(v2);
v1.at(0) = -1;
std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n";
std::cout << "v1: "; output1(v1);
std::cout << "v2: "; output1(v2);
}
void test2() {
std::vector<std::vector<int>> v1{{1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}};
const std::vector<std::vector<int>> v2(v1);
std::cout << "**********拷贝构造后**********\n";
std::cout << "v1: "; output3(v1);
std::cout << "v2: "; output3(v2);
v1.at(0).push_back(-1);
std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n";
std::cout << "v1: \n"; output3(v1);
std::cout << "v2: \n"; output3(v2);
}
// 使用xx.at()+循环输出vector<int>数据项
void output1(const std::vector<int> &v) {
if(v.size() == 0) {
std::cout << '\n';
return;
}
std::cout << v.at(0);
for(auto i = 1; i < v.size(); ++i)
std::cout << ", " << v.at(i);
std::cout << '\n';
}
// 使用迭代器+循环输出vector<int>数据项
void output2(const std::vector<int> &v) {
if(v.size() == 0) {
std::cout << '\n';
return;
}
auto it = v.begin();
std::cout << *it;
for(it = v.begin()+1; it != v.end(); ++it)
std::cout << ", " << *it;
std::cout << '\n';
}
// 使用auto for分行输出vector<vector<int>>数据项
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) {
if(v.size() == 0) {
std::cout << '\n';
return;
}
for(auto &i: v)
output2(i);
}
运行截图:
问题1：普通构造，拷贝构造，都是5个。
问题2: 2 2 3。
问题3：能,前者更安全，后者更高效。
问题4:能，符合索引。
内存更少，不能修改对象。
问题5：深复制，因为复制了所有元素。
当v是vector
当v是const vector
是。
任务3：
源代码：
#include "vectorInt.hpp"
#include <iostream>
void test1();
void test2();
void output1(const vectorInt &vi);
void output2(const vectorInt &vi);
int main() {
std::cout << "测试1: \n";
test1();
std::cout << "\n测试2: \n";
test2();
}
void test1() {
int n;
std::cout << "Enter n: ";
std::cin >> n;
vectorInt x1(n);
for(auto i = 0; i < n; ++i)
x1.at(i) = (i+1)*10;
std::cout << "x1: "; output1(x1);
vectorInt x2(n, 42);
vectorInt x3(x2);
x2.at(0) = -1;
std::cout << "x2: "; output1(x2);
std::cout << "x3: "; output1(x3);
}
void test2() {
const vectorInt x(5, 42);
vectorInt y;
y.assign(x);
std::cout << "x: "; output2(x);
std::cout << "y: "; output2(y);
}
// 使用xx.at()+循环输出vectorInt对象数据项
void output1(const vectorInt &vi) {
if(vi.size() == 0) {
std::cout << '\n';
return;
}
std::cout << vi.at(0);
for(auto i = 1; i < vi.size(); ++i)
std::cout << ", " << vi.at(i);
std::cout << '\n';
}
// 使用迭代器+循环输出vectorInt对象数据项
void output2(const vectorInt &vi) {
if(vi.size() == 0) {
std::cout << '\n';
return;
}
auto it = vi.begin();
std::cout << *it;
for(it = vi.begin()+1; it != vi.end(); ++it)
std::cout << ", " << *it;
std::cout << '\n';
}
运行截图：
问题1：内存泄漏风险：若版本 2 未先释放当前对象的旧内存（如 delete[] m_data;），直接分配新内存并赋值，会导致旧内存无法回收，长期运行会耗尽内存。空指针访问风险：若 rhs 为空（rhs.size() == 0），版本 2 仍执行 m_data = new int[rhs.size()];（分配 0 字节内存，C++ 中 new int[0] 返回非空但不可访问的指针），后续若尝试复制数据（如 memcpy(m_data, rhs.m_data, rhs.size()sizeof(int))），会访问无效内存，触发未定义行为（崩溃或数据篡改）。内存分配失败未处理：版本 2 若未处理 new 分配内存失败的情况（如 new 抛出 std::bad_alloc 异常），会导致当前对象处于 “半初始化” 状态（旧内存已释放，新内存未分配），后续调用 at()、size() 等接口会访问非法指针或无效大小。
问题2：转换前后的 this 类型：
转换前：this 是 vectorInt（非 const 指针，指向当前非 const 对象）；
转换后：const vectorInt（const 指针，指向当前对象，但限制为 “只读访问”）。
目的：复用 const 版本的逻辑，保证类型匹配，更安全。
转换前后的返回类型：
转换前：const int&（const 版本 at() 的返回值，只读引用，无法修改）；
转换后：int&（非 const 引用，可修改对象的元素）。
目的：恢复可修改性：当前对象是非 const 的（this 原本是 vectorInt），理论上允许修改元素，const_cast 用于移除 const 引用的 “只读限制”，使非 const 版本的 at() 能返回可修改的引用。
问题3：非const适用于有修改需求的遍历，有const的适用于只读迭代器。
问题4:可以，功能1：从 ptr 指向的内存地址开始（first = ptr），连续对 n 个 int 元素（count = n）赋值为 value（value 为构造函数传入的初始值）。功能2：从源地址 vi.ptr（first = vi.ptr，即被拷贝对象 vi 的动态数组）开始，连续复制 vi.n 个 int 元素（count = vi.n，即 vi 的元素个数），并将复制结果写入目标地址 ptr（result = ptr，即新对象的动态数组）。功能3：先在临时指针 ptr_tmp（已通过 new int[vi.n] 分配与 vi 同等大小的内存）中，从源地址 vi.ptr 复制 vi.n 个 int 元素 到 ptr_tmp。后续通过 delete[] ptr 释放当前对象的旧内存，再将 ptr 指向 ptr_tmp，完成 “内存替换”—— 这一步的核心是先复制、再释放旧内存，避免因 new 失败。
任务4：
源代码：
task4.cpp
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "matrix.hpp"
void test1();
void test2();
void output(const Matrix &m, int row_index);
int main() {
std::cout << "测试1: \n";
test1();
std::cout << "\n测试2: \n";
test2();
}
void test1() {
double x[1000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
int n, m;
std::cout << "Enter n and m: ";
std::cin >> n >> m;
Matrix m1(n, m); // 创建矩阵对象m1, 大小n×m
m1.set(x, n*m); // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值
Matrix m2(m, n); // 创建矩阵对象m2, 大小m×n
m2.set(x, m*n); // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值
Matrix m3(n); // 创建一个n×n方阵对象
m3.set(x, n*n); // 用一维数组x的值按行为矩阵m3赋值
std::cout << "矩阵对象m1: \n"; m1.print();
std::cout << "矩阵对象m2: \n"; m2.print();
std::cout << "矩阵对象m3: \n"; m3.print();
}
void test2() {
Matrix m1(2, 3, -1);
const Matrix m2(m1);
std::cout << "矩阵对象m1: \n"; m1.print();
std::cout << "矩阵对象m2: \n"; m2.print();
m1.clear();
m1.at(0, 0) = 1;
std::cout << "m1更新后: \n";
std::cout << "矩阵对象m1第0行 "; output(m1, 0);
std::cout << "矩阵对象m2第0行: "; output(m2, 0);
}
// 输出矩阵对象row_index行所有元素
void output(const Matrix &m, int row_index) {
if(row_index < 0 || row_index >= m.rows()) {
std::cerr << "IndexError: row index out of range\n";
exit(1);
}
std::cout << m.at(row_index, 0);
for(int j = 1; j < m.cols(); ++j)
std::cout << ", " << m.at(row_index, j);
std::cout << '\n';
}
matrix.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdlib>
// 类Matrix声明
class Matrix {
public:
Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0); // 构造rows_*cols_矩阵对象, 初值value
Matrix(int rows_, double value = 0); // 构造rows_*rows_方阵对象, 初值value
Matrix(const Matrix &x); // 深复制
~Matrix();
void set(const double *pvalue, int size); // 按行复制pvalue指向的数据，要求size=rows*cols,否则报错退出
void clear(); // 矩阵对象数据项置0
const double& at(int i, int j) const; // 返回矩阵对象索引(i,j)对应的数据项const引用（越界则报错后退出）
double& at(int i, int j); // 返回矩阵对象索引(i,j)对应的数据项引用（越界则报错后退出）
int rows() const; // 返回矩阵对象行数
int cols() const; // 返回矩阵对象列数
void print() const; // 按行打印数据
private:
int n_rows; // 矩阵对象内元素行数
int n_cols; // 矩阵对象内元素列数
double *ptr; // 数据区
};
matrix.cpp
#include "matrix.hpp"
#include <iostream>
#include <cstdlib>
// 矩阵构造函数
Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value)
: n_rows(rows_), n_cols(cols_) {
ptr = new double[rows_ * cols_];
for (int i = 0; i < rows_ * cols_; ++i) {
ptr[i] = value;
}
}
// 方阵构造函数
Matrix::Matrix(int rows_, double value)
: Matrix(rows_, rows_, value) {}
// 深拷贝构造函数
Matrix::Matrix(const Matrix &x)
: n_rows(x.n_rows), n_cols(x.n_cols) {
ptr = new double[x.n_rows * x.n_cols];
for (int i = 0; i < x.n_rows * x.n_cols; ++i) {
ptr[i] = x.ptr[i];
}
}
// 析构函数
Matrix::~Matrix() {
delete[] ptr;
}
// set函数
void Matrix::set(const double *pvalue, int size) {
if (size != n_rows * n_cols) {
std::cerr << "SizeError: size not match matrix dimensions\n";
std::exit(1);
}
for (int i = 0; i < size; ++i) {
ptr[i] = pvalue[i];
}
}
// clear函数
void Matrix::clear() {
for (int i = 0; i < n_rows * n_cols; ++i) {
ptr[i] = 0;
}
}
// 常量版本at函数
const double& Matrix::at(int i, int j) const {
if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) {
std::cerr << "IndexError: (" << i << ", " << j << ") out of range\n";
std::exit(1);
}
return ptr[i * n_cols + j];
}
// 普通版本at函数
double& Matrix::at(int i, int j) {
if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) {
std::cerr << "IndexError: (" << i << ", " << j << ") out of range\n";
std::exit(1);
}
return ptr[i * n_cols + j];
}
// rows函数
int Matrix::rows() const {
return n_rows;
}
// cols函数
int Matrix::cols() const {
return n_cols;
}
// print函数
void Matrix::print() const {
for (int i = 0; i < n_rows; ++i) {
for (int j = 0; j < n_cols; ++j) {
std::cout << at(i, j) << " ";
}
std::cout << std::endl;
}
}
运行截图：
任务5：
源代码：
contact.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
// 联系人类
class Contact {
public:
Contact(const std::string &name_, const std::string &phone_);
const std::string &get_name() const;
const std::string &get_phone() const;
void display() const;
private:
std::string name; // 必填项
std::string phone; // 必填项
};
Contact::Contact(const std::string &name_, const std::string &phone_):name{name_}, phone{phone_} {
}
const std::string& Contact::get_name() const {
return name;
}
const std::string& Contact::get_phone() const {
return phone;
}
void Contact::display() const {
std::cout << name << ", " << phone;
}
contactBook.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "contact.hpp"
// 通讯簿类
class ContactBook {
public:
void add(const std::string &name, const std::string &phone); // 添加联系人
void remove(const std::string &name); // 移除联系人
void find(const std::string &name) const; // 查找联系人
void display() const; // 显示所有联系人
size_t size() const; // 返回联系人数量
private:
int index(const std::string &name) const; // 返回联系人在contacts中的索引，不存在则返回-1
void sort(); // 按姓名字典序升序排序通讯簿
private:
std::vector<Contact> contacts; // 存储联系人的向量
};
void ContactBook::add(const std::string &name, const std::string &phone) {
if (index(name) == -1) {
contacts.push_back(Contact(name, phone));
std::cout << name << " add successfully.\n";
sort();
return;
}
std::cout << name << " already exists. fail to add!\n";
}
void ContactBook::remove(const std::string &name) {
int i = index(name);
if (i == -1) {
std::cout << name << " not found, fail to remove!\n";
return;
}
contacts.erase(contacts.begin() + i);
std::cout << name << " remove successfully.\n";
}
void ContactBook::find(const std::string &name) const {
int i = index(name);
if (i == -1) {
std::cout << name << " not found!\n";
return;
}
contacts[i].display();
std::cout << '\n';
}
void ContactBook::display() const {
std::cout << "There are " << size() << " contacts.\n";
for (auto &c : contacts) {
c.display();
std::cout << '\n';
}
}
size_t ContactBook::size() const {
return contacts.size();
}
// 实现index工具函数
int ContactBook::index(const std::string &name) const {
for (size_t i = 0; i < contacts.size(); ++i) {
if (contacts[i].get_name() == name) {
return i;
}
}
return -1;
}
// 实现sort工具函数
void ContactBook::sort() {
std::sort(contacts.begin(), contacts.end(),
[](const Contact &a, const Contact &b) {
return a.get_name() < b.get_name();
});
}
task5.cpp
#include "contactBook.hpp"
void test() {
ContactBook contactbook;
std::cout << "1. add contacts\n";
contactbook.add("Bob", "18199357253");
contactbook.add("Alice", "17300886371");
contactbook.add("Linda", "18184538072");
contactbook.add("Alice", "17300886371");
std::cout << "\n2. display contacts\n";
std::cout << "There are " << contactbook.size() << " contacts.\n";
contactbook.display();
std::cout << "\n3. find contacts\n";
contactbook.find("Bob");
contactbook.find("David");
std::cout << "\n4. remove contact\n";
contactbook.remove("Bob");
contactbook.remove("David");
}
int main() {
test();
}
运行截图：
浙公网安备 33010602011771号