实验1 现代C++编程初体验

task1：

源代码task1.cpp

// 现代C++标准库、算法库体验
// 本例用到以下内容:
// 1. 字符串string, 动态数组容器类vector、迭代器
// 2. 算法库：反转元素次序、旋转元素
// 3. 函数模板、const引用作为形参
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
// 模板函数声明
template<typename T>
void output(const T &c);
void test1();
void test2();
void test3();
int main() {
std::cout << "测试1: \n";
test1();
std::cout << "\n测试2: \n";
test2();
std::cout << "\n测试3: \n";
test3();
}
// 输出容器对象c中的元素
template <typename T>
void output(const T &c) {
for(auto &i : c)
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';
}
// 测试1：组合使用算法库、迭代器、string反转字符串
void test1() {
using namespace std;
string s0{"0123456789"};
cout << "s0 = " << s0 << endl;
string s1(s0);
// 反转s1自身
reverse(s1.begin(), s1.end());
cout << "s1 = " << s1 << endl;
string s2(s0.size(), ' ');
// 将s0反转后结果拷贝到s2, s0自身不变
reverse_copy(s0.begin(), s0.end(), s2.begin());
cout << "s2 = " << s2 << endl;
}
// 测试2：组合使用算法库、迭代器、vector反转动态数组对象vector内数据
void test2() {
using namespace std;
vector<int> v0{2, 0, 4, 9};
cout << "v0: "; output(v0);
vector<int> v1{v0};
reverse(v1.begin(), v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
reverse_copy(v0.begin(), v0.end(), v2.begin());
cout << "v2: "; output(v2);
}
// 测试3：组合使用算法库、迭代器、vector实现元素旋转移位
void test3() {
using namespace std;
vector<int> v0{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
cout << "v0: "; output(v0);
vector<int> v1{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环左移1位
rotate(v1.begin(), v1.begin()+1, v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环左移2位
rotate(v2.begin(), v2.begin()+2, v2.end());
cout << "v2: "; output(v2);
vector<int> v3{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环右移1位
rotate(v3.begin(), v3.end()-1, v3.end());
cout << "v3: "; output(v3);
vector<int> v4{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环右移2位
rotate(v4.begin(), v4.end()-2, v4.end());
cout << "v4: "; output(v4);
}

运行结果截图：

观察与思考：

问题1： reverse 和 reverse_copy 有什么区别？

ans：reverse是直接反转自身，revers_copy是将反转的结果赋值给另一个对象，自身不改变

问题2： rotate 算法是如何改变元素顺序的？它的三个参数分别代表什么？

ans：工作原理是将容器看成一个环然后进行循环搬运。三个参数分别代表循环起点，序列新起点，循环终点

task2

源代码task2.cpp

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
// 模板函数声明
template<typename T>
void output(const T &c);
int generate_random_number();
void test1();
void test2();
int main() {
std::srand(std::time(0)); // 添加随机种子
std::cout << "测试1: \n";
test1();
std::cout << "\n测试2: \n";
test2();
}
// 输出容器对象c中的元素
template <typename T>
void output(const T &c) {
for(auto &i: c)
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';
}
// 返回[0, 100]区间内的一个随机整数
int generate_random_number() {
return std::rand() % 101;
}
// 测试1：对容器类对象指定迭代器区间赋值、排序
void test1() {
using namespace std;
vector<int> v0(10); // 创建一个动态数组对象v0, 对象大小为10
generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number); // 生成随机数填充v0
cout << "v0: "; output(v0);
vector<int> v1{v0};
sort(v1.begin(), v1.end()); // 对整个vector排序
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
sort(v2.begin()+1, v2.end()-1); // 只对中间部分排序，不包含首尾元素
cout << "v2: "; output(v2);
}
// 测试2：对容器类对象指定迭代器区间赋值、计算最大值/最小值/均值
void test2() {
using namespace std;
vector<int> v0(10);
generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);
cout << "v0: "; output(v0);
// 求最大值和最小值
auto min_iter = min_element(v0.begin(), v0.end());
auto max_iter = max_element(v0.begin(), v0.end());
cout << "最小值: " << *min_iter << endl;
cout << "最大值: " << *max_iter << endl;
// 同时求最大值和最小值
auto ans = minmax_element(v0.begin(), v0.end());
cout << "最小值: " << *(ans.first) << endl;
cout << "最大值: " << *(ans.second) << endl;
// 求平均值
double avg1 = accumulate(v0.begin(), v0.end(), 0.0) / v0.size();
cout << "均值: " << fixed << setprecision(2) << avg1 << endl;
sort(v0.begin(), v0.end());
double avg2 = accumulate(v0.begin()+1, v0.end()-1, 0.0) / (v0.size()-2);
cout << "去掉最大值、最小值之后，均值: " << avg2 << endl;
}

运行结果截图：

观察与思考：

问题1： generate 算法的作用是什么？

ans：依次将一个随机数赋值给一个容器里的元素

问题2： minmax_element 和分别调用 min_element 、 max_element 相比，有什么优势？

ans：减少代码行数；只用遍历一次，提高代码性能

问题3：查询 generate 第3个参数 [](){return std::rand()%101;} 用法，与使用自定义函数

generate_random_number 相比，lambda表达式适用场景是什么？

ans：效果相同，lambda适用场景为适合几行到十几行的简单逻辑，在定义的地方附近使用

task3

源代码task3.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>

unsigned char func(unsigned char c);

void test1();
void test2();

int main()
{
    std::cout << "测试1: 字符串大小写转换\n";
    test1();
    std::cout << "\n测试2: 字符变换\n";
    test2();
}

unsigned char func(unsigned char c)
{
    if (c == 'z')
        return 'a';
    if (c == 'Z')
        return 'A';
    if (std::isalpha(c))
        return static_cast<unsigned char>(c + 1);
    return c;
}

void test1()
{
    std::string s1{"Hello World 2049!"};
    std::cout << "s1 = " << s1 << '\n';
    std::string s2;
    for (auto c : s1)
        s2 += std::tolower(c);
    std::cout << "s2 = " << s2 << '\n';
    std::string s3;
    for (auto c : s1)
        s3 += std::toupper(c);
    std::cout << "s3 = " << s3 << '\n';
}

void test2()
{
    std::string s1{"I love cosmos!"};
    std::cout << "s1 = " << s1 << '\n';
    std::string s2(s1.size(), ' ');
    std::transform(s1.begin(), s1.end(), s2.begin(), func);
    std::cout << "s2 = " << s2 << '\n';
}

运行结果截图：

观察与思考：

问题1：自定义函数 func 功能是什么？

ans：func 函数实现了一个字符移位加密功能，相当于每个字母向后移动一位，实现简单的凯撒密码加密

问题2： tolower 和 toupper 功能分别是什么？

ans：std::tolower：将字符转换为小写形式；std::toupper：将字符转换为大写形式

问题3： transform 的4个参数意义分别是什么？如果把第3个参数 s2.begin() 改成 s1.begin() ，有何区

别？

ans：输入范围的起始迭代器，输入范围的结束迭代器，输出范围的起始迭代器，转换函数（对每个元素应用的操作）；一个是转换到新容器，一个是原地转换

task4

源代码task4.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>

bool is_palindrome(const std::string &s);
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s);

int main()
{
    using namespace std;
    string s;
    // 多组输入，直到按下Ctrl+Z结束测试
    while (cin >> s)
    {
        cout << boolalpha
             << "区分大小写: " << is_palindrome(s) << "\n"
             << "不区分大小写: " << is_palindrome_ignore_case(s) << "\n\n";
    }
}

// 函数is_palindrome定义
bool is_palindrome(const std::string &s){
    using namespace std;
    string reversed = s;
    reverse(reversed.begin(), reversed.end());
    return s == reversed;
}
// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s){
    using namespace std;
    
    string lower_str;
    lower_str.resize(s.size());
    transform(s.begin(), s.end(), lower_str.begin(),[](unsigned char c) { return tolower(c); });
    
    string reversed_lower = lower_str;
    reverse(reversed_lower.begin(), reversed_lower.end());
    
    return lower_str == reversed_lower;
}

运行结果截图：

观察与思考：

问题：使用 cin >> s 输入时，输入的字符串中不能包含空格。如果希望测试字符串包含空格（如 hello

oop ），代码应如何调整？

ans：使用std::getline

task5

源代码task5.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>

std::string dec2n(int x, int n = 2);

int main()
{
    int x;
    while (std::cin >> x)
    {
        std::cout << "十进制: " << x << '\n'
                  << "二进制: " << dec2n(x) << '\n'
                  << "八进制: " << dec2n(x, 8) << '\n'
                  << "十二进制: " << dec2n(x, 12) << '\n'
                  << "十六进制: " << dec2n(x, 16) << '\n'
                  << "三十二进制: " << dec2n(x, 32) << "\n\n";
    }
}

// 函数dec2n定义
std::string dec2n(int x,int n){
    using namespace std;
    if(x==0){
        return "0";
    }
    string transx;
    string s="0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    while(x!=0){
        transx+=s[x%n];
        x/=n;
    }
    reverse(transx.begin(),transx.end());
    return transx;
}

运行结果截图：

task6

源代码task6.cpp

#include<bits/stdc++.h>
int main(){
    using namespace std;
    string origin="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    cout<<"   a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z"<<endl;
    for(int i=1;i<=26;i++){
        rotate(origin.begin(),origin.begin()+1,origin.end());
        cout<<setw(2)<<i;
        for(auto c:origin){
            cout<<" "<<c;
        }
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}

运行结果截图：

 

task7

源代码task7.cpp

 

#include<bits/stdc++.h>

int GenerateNum(){
    return(rand()%10)+1;
}

char GenerateChar(){
    using namespace std;
    string c="+-*/";
    int index= rand()%4;
    return c[index];
}

int main(){
    using namespace std;
    srand(time(0));
    int count=0,correct=0;
    
    while(count<10){
        int a,b,c,userAnswer;
        char sign;
        a=GenerateNum();
        b=GenerateNum();
        sign=GenerateChar();
        if(sign=='+'){
            c=a+b;
        }
        if(sign=='-'){
            c=a-b;
        }
        if(sign=='*'){
            c=a*b;
        }
        if(sign=='/'){
            c=a/b;
        }
        if(c<0){
            continue;
        }
        if(a%b!=0){
            continue;
        }
        cout<<a<<sign<<b<<"=";
        cin>>userAnswer;
        if(userAnswer==c){
            correct++;
        }
        count++;
    }
    double percentCorrect=static_cast<double>(correct)/10*100;
    
    cout<<"正确率："<< fixed<<setprecision(2)<<percentCorrect<<"%"<<endl;
    return 0;
}

运行结果截图：