实验1 现代c++编程初体验

任务1

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);
}

运行测试

问题回答
(1)reverse(begin, end)：
1.原地修改：直接在原容器（或区间）内部进行反转。
2.无返回值：操作完成后，原容器内的元素顺序被改变。
reverse_copy(begin, end, result)：
1。复制并反转：不修改原区间，而是将反转后的结果复制到一个新的目标区间（由 result 迭代器指定起始位置）。
2.有返回值：返回目标区间中最后一个被复制元素的下一个位置的迭代器。
(2)参数含义：rotate(first, middle, last)
first：区间的起始位置。
middle：分界点（旋转后，新的第一个元素的位置）。
last：区间的结束位置（不包含）。
改变顺序的原理：它将区间 [first, middle) 内的元素，移动到 [middle, last) 区间元素的后面。在视觉上，就像是把一段元素“剪切”下来，拼接到另一端的后面。
代码中的具体体现（假设 v0 为 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9）：
循环左移：
rotate(v1.begin(), v1.begin()+1, v1.end());
将前 1 个元素 [0] 移到末尾。结果：1 2 3 4 5 6 7 8 9 0。
rotate(v2.begin(), v2.begin()+2, v2.end());
将前 2 个元素 [0, 1] 移到末尾。结果：2 3 4 5 6 7 8 9 0 1。
循环右移：
rotate(v3.begin(), v3.end()-1, v3.end());
将最后 1 个元素 [9] 移到最前面（分界点指向倒数第一个元素）。结果：9 0 1 2 3 4 5 6 7 8。
rotate(v4.begin(), v4.end()-2, v4.end());
将最后 2 个元素 [8, 9] 移到最前面（分界点指向倒数第二个元素）。结果：8 9 0 1 2 3 4 5 6 7。

任务2

源代码task1.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;
}

运行测试

问题回答

generate 算法的作用是什么？
填充区间。它遍历指定的迭代器区间 [first, last)，并不断调用传入的无参函数（或函数对象），将其返回值依次赋给区间内的每个元素。
minmax_element 相比于分别调用有什么优势？
效率更高，只需遍历一次。分别调用 min_element 和 max_element 需要遍历容器两次（时间复杂度
2N），而 minmax_element 在一次遍历中同时寻找最大和最小值（时间复杂度约
1.5N），性能更好。它返回一个 pair，分别通过 .first 和 .second 获取最小和最大元素的迭代器。
Lambda 表达式替换函数的效果观察
效果完全等同。是一个没有捕获列表、没有参数的 Lambda 表达式，它完美替代了原 generate_random_number 函数的功能。

任务三

源代码

#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';
}

运行测试

问题回答

自定义函数 func 功能是什么？
将传入的字符进行特定规则的变换：
如果是小写字母 z，变成 a；如果是大写字母 Z，变成 A。
如果是其他英文字母（isalpha），则变成其下一个字母（ASCII 码 +1）。
其他非字母字符（如空格、标点）保持不变。
tolower 和 toupper 功能分别是什么？
tolower：将大写字母转换为小写字母；若参数不是大写字母则原样返回。
toupper：将小写字母转换为大写字母；若参数不是小写字母则原样返回。
transform 的 4 个参数意义及修改后的区别？
参数含义：
源区间起始迭代器（s1.begin()）
源区间结束迭代器（s1.end()）
目标区间起始迭代器（s2.begin()）
一元操作函数（func）
区别：如果把第3个参数由 s2.begin() 改成 s1.begin()，即 transform(s1.begin(), s1.end(), s1.begin(), func);。这就变成了原地修改：变换后的结果会直接覆盖 s1 原有的字符，而 s2 将保持原样（全为空格）。

任务4

源代码

#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";
    }     
}

bool is_palindrome(const std::string &s) {
    return s == std::string(s.rbegin(), s.rend());
}

bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
    std::string temp = s;
    std::transform(temp.begin(), temp.end(), temp.begin(), 
                   [](unsigned char c){ return std::tolower(c); });
    return temp == std::string(temp.rbegin(), temp.rend());
}

运行测试
问题回答
需要将 cin >> s 改为 getline(cin, s)。
cin >> 遇到空格或换行符就会停止读取，而 getline 会读取整行内容直到遇到换行符，从而保留字符串内部的空格。

任务5

源代码

#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) {
    if (x == 0) return "0";

    std::string result = "";
    const std::string chars = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";

    while (x > 0) {
        result += chars[x % n]; 
        x /= n;                
    }
    std::reverse(result.begin(), result.end());
    
    return result;
}

运行测试

任务6

源代码

#include <iostream>

int main() {
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; ++c) {
        std::cout << c << " ";
    }
    std::cout << "\n";

    // 2. 打印 1-26 行大写字母对照表
    for (int i = 1; i <= 26; ++i) {
        std::cout << i << " ";
        

        for (int j = 0; j < 26; ++j) {
            char ch = 'A' + (i + j) % 26;
            std::cout << ch << " ";
        }
        std::cout << "\n";
    }

    return 0;
}

运行测试

任务7

源代码

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iomanip>

int main() {
    std::srand(std::time(0));

    int correct_count = 0;
    const int total_questions = 10;

    std::cout << "--- 小学生算术测试开始 ---\n\n";

    for (int i = 0; i < total_questions; ++i) {
        int op1 = std::rand() % 10 + 1;
        int op2 = std::rand() % 10 + 1;
        int op_type = std::rand() % 4;

        char op_char;
        int correct_answer = 0;

        switch (op_type) {
            case 0: // 加法
                op_char = '+';
                correct_answer = op1 + op2;
                break;
            case 1: // 减法（
                op_char = '-';
                if (op1 < op2) std::swap(op1, op2); //交换
                correct_answer = op1 - op2;
                break;
            case 2: // 乘法
                op_char = '*';
                correct_answer = op1 * op2;
                break;
            case 3: // 除法
                op_char = '/';
                do {
                    op1 = std::rand() % 10 + 1;
                    op2 = std::rand() % 10 + 1;
                } while (op1 % op2 != 0);
                correct_answer = op1 / op2;
                break;
        }
        std::cout << op1 << " " << op_char << " " << op2 << " = ";
        int user_answer;
        std::cin >> user_answer;

        if (user_answer == correct_answer) {
            correct_count++;
        }
    }
    std::cout << "\n测试结束！\n";
    double accuracy = (static_cast<double>(correct_count) / total_questions) * 100;
    std::cout << "正确率: " << std::fixed << std::setprecision(2) << accuracy << "%\n";

    return 0;
}

运行测试

posted @ 2026-10-18 20:32 AtlasYanPei 阅读(5) 评论(0) 收藏举报

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