实验4 组合与继承
实验任务1：
1.源代码
#pragma once #include <vector> #include <array> #include <string> class GradeCalc { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); // 录入n个成绩 void output() const; // 输出成绩 void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序) int min() const; // 返回最低分（如成绩未录入，返回-1) int max() const; // 返回最高分 （如成绩未录入，返回-1) double average() const; // 返回平均分 （如成绩未录入，返回0.0) void info(); // 输出课程成绩信息 private: void compute(); // 成绩统计 private: std::string course_name; // 课程名 std::vector<int> grades; // 课程成绩 std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100] std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段人数占比 bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更 };
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname):course_name{cname},is_dirty{true} { counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; std::exit(1); } grades.reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } grades.push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; // 设置脏标记：成绩信息有变更 } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: grades) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(grades.begin(), grades.end()); else std::sort(grades.begin(), grades.end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::min_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } int GradeCalc::max() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::max_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } double GradeCalc::average() const { if(grades.empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(grades.begin(), grades.end(), 0.0)/grades.size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"}; for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(grades.empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0.0); // 统计各分数段人数 for(auto grade:grades) { if(grade < 60) ++counts[0]; // [0, 60) else if (grade < 70) ++counts[1]; // [60, 70) else if (grade < 80) ++counts[2]; // [70, 80) else if (grade < 90) ++counts[3]; // [80, 90) else ++counts[4]; // [90, 100] } // 统计各分数段比例 for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / grades.size(); is_dirty = false; // 更新脏标记 }
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); std::cout << "*************成绩统计信息*************\n"; c1.info(); } int main() { test(); }
2.运行测试截图
3.问题回答
问题1：
std::vector<int> grades;：存储课程的成绩数据
std::array<int, 5> counts;：存储各分数段的人数
std::array<double, 5> rates;：存储各分数段的人数占比
问题2：
不合法，c.push_back(97) 非法，在类的声明中 grades 是私有成员，组合方式不暴露成员对象的接口
问题3：
（1）compute被调用1次。is_dirty用来标记成绩数据是否发生变更，如果变更，设置为true，调用compute重新计算统计数据，避免重复计算。
（2）不需要。只需要在函数中设置is_dirty=true，info()会在输出时自动检查is_dirty并调用compute。
问题4：
在info()中直接计算中位数
if(!grades.empty()){ std::vector<int> temp = grades; std::sort(temp.begin(), temp.end()); double median; if (temp.size() % 2 == 1) { median = temp[temp.size() / 2]; } else { median = (temp[temp.size()/2 - 1] + temp[temp.size()/2]) / 2.0; } std::cout << "中位数：" << std::fixed << std::setprecision(2) << median << std::endl; }
问题5：
不能。若去掉，当成绩数据变更后，counts/rates会保留上次统计的结果，导致多次统计时数据累加错误
问题6：
（1）没有影响
（2）有影响。当n较大时，push_back会触发多次内存分配与拷贝，降低程序效率。
实验任务2:
1.源代码
#pragma once #include <array> #include <string> #include <vector> class GradeCalc: private std::vector<int> { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); // 录入n个成绩 void output() const; // 输出成绩 void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序) int min() const; // 返回最低分 int max() const; // 返回最高分 double average() const; // 返回平均分 void info(); // 输出成绩统计信息 private: void compute(); // 计算成绩统计信息 private: std::string course_name; // 课程名 std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100] std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段占比 bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更 };
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname): course_name{cname}, is_dirty{true}{ counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; return; } this->reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } this->push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: *this) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(this->begin(), this->end()); else std::sort(this->begin(), this->end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(this->empty()) return -1; return *std::min_element(this->begin(), this->end()); } int GradeCalc::max() const { if(this->empty()) return -1; return *std::max_element(this->begin(), this->end()); } double GradeCalc::average() const { if(this->empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(this->begin(), this->end(), 0.0) / this->size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"}; for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(this->empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0); // 统计各分数段人数 for(int grade: *this) { if(grade < 60) ++counts[0]; // [0, 60) else if (grade < 70) ++counts[1]; // [60, 70) else if (grade < 80) ++counts[2]; // [70, 80) else if (grade < 90) ++counts[3]; // [80, 90) else ++counts[4]; // [90, 100] } // 统计各分数段比例 for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / this->size(); is_dirty = false; }
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); std::cout << "*************成绩统计信息*************\n"; c1.info(); } int main() { test(); }
2.运行测试截图
3.问题回答
问题1：
答：class GradeCalc: private std::vector<int> {
问题2：
答：不会。无法编译通过。GradeCalc采用private继承，基类的所有成员在GradeCalc中都会变成private，外部无法直接调用基类的push_back接口。
问题3：
答：组合方式：通过vector成员对象grades访问数据，封装性更强，外部无法直接访问，据安全由GradeCalc的接口控制。
继承方式：通过this指针，派生类自身访问，基类接口对外部不可见，但类内部可直接以自身对象的方式访问基类的所有接口。
问题4：
答：组合方案在更适合。成绩计算器与vector的关系是 “has-a” 关系，组合的封装性更清晰，可避免继承带来的接口暴露风险，且更符合实际业务逻辑的语义。
实验任务3：
1.源代码
#pragma once #include <string> #include <vector> enum class GraphType {circle, triangle, rectangle}; // Graph类定义 class Graph { public: virtual void draw() {} virtual ~Graph() = default; }; // Circle类声明 class Circle : public Graph { public: void draw(); }; // Triangle类声明 class Triangle : public Graph { public: void draw(); }; // Rectangle类声明 class Rectangle : public Graph { public: void draw(); }; // Canvas类声明 class Canvas { public: void add(const std::string& type); // 根据字符串添加图形 void paint() const; // 使用统一接口绘制所有图形 ~Canvas(); // 手动释放资源 private: std::vector<Graph*> graphs; }; // 4. 工具函数 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s); // 字符串转枚举类型 Graph* make_graph(const std::string& type); // 创建图形，返回堆对象指针
#include <algorithm> #include <cctype> #include <iostream> #include <string> #include "Graph.hpp" // Circle类实现 void Circle::draw() { std::cout << "draw a circle...\n"; } // Triangle类实现 void Triangle::draw() { std::cout << "draw a triangle...\n"; } // Rectangle类实现 void Rectangle::draw() { std::cout << "draw a rectangle...\n"; } // Canvas类实现 void Canvas::add(const std::string& type) { Graph* g = make_graph(type); if (g) graphs.push_back(g); } void Canvas::paint() const { for (Graph* g : graphs) g->draw(); } Canvas::~Canvas() { for (Graph* g : graphs) delete g; } // 工具函数实现 // 字符串 → 枚举转换 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s) { std::string t = s; std::transform(s.begin(), s.end(), t.begin(), [](unsigned char c) { return std::tolower(c);}); if (t == "circle") return GraphType::circle; if (t == "triangle") return GraphType::triangle; if (t == "rectangle") return GraphType::rectangle; return GraphType::circle; // 缺省返回 } // 创建图形，返回堆对象指针 Graph* make_graph(const std::string& type) { switch (str_to_GraphType(type)) { case GraphType::circle: return new Circle; case GraphType::triangle: return new Triangle; case GraphType::rectangle: return new Rectangle; default: return nullptr; } }
#include <string> #include "Graph.hpp" void test() { Canvas canvas; canvas.add("circle"); canvas.add("triangle"); canvas.add("rectangle"); canvas.paint(); } int main() { test(); }
2.运行测试截图
3.问题回答
问题1：
答：
（1）std::vector<Graph*> graphs; graphs是 Canvas 的组合对象，用于存储多种图形的指针，实现对图形的集中管理。
（2）class Circle : public Graph {};
class Triangle : public Graph {};
class Rectangle : public Graph {};
问题2:
答：
（1）若Graph::draw()不是虚函数，Canvas::paint()中g->draw()会调用基类的 draw ()，而非各子类的draw()，无法实现多态，运行时不会输出具体图形的绘制信息。
（2）子类对象赋值给基类对象时，子类独有的部分会被 “切片” 丢失，存储的实际是基类对象，无法调用子类的draw()，多态机制失效。
（3）会导致内存泄漏,只会调用基类的析构函数，不会调用子类的析构函数，子类资源无法被正确释放。问题3：
答：
Graph.hpp： 在GraphType枚举中新增star；
新增class Star : public Graph { public: void draw(); };声明。
Graph.cpp： 实现Star::draw()；
在str_to_GraphType函数中新增if (t == "star") return GraphType::star;；
在make_graph函数的 switch 中新增case GraphType::star: return new Star;。
问题4：
答：
（1）在Canvas的析构函数中被释放：for (Graph* g : graphs) delete g;
（2）利：操作灵活，可直接控制对象生命周期。
弊：易引发内存泄漏、悬垂指针、重复释放等问题，代码健壮性低，需手动维护资源生命周期。
实验任务4：
1.问题场景描述
设计一个 “电子毛绒玩具工厂管理系统”：工厂生产多种电子毛绒玩具，需统一管理这些玩具的信息，并通过一个接口触发所有玩具的 “特异功能”。
2.各类关系
继承关系：抽象基类Toy定义玩具的通用属性（名称、类型）和接口（useSpecialSkill()）；
子类SingingBear、GlowingRabbit、TalkingDog继承Toy，实现各自的 “特异功能”。
设计理由：不同玩具属于 “玩具” 的具体类型，符合 “is-a” 关系，通过继承 + 虚函数实现多态，统一调用接口。
组合关系：ToyFactory类包含std::vector<Toy*>成员，存储工厂内的所有玩具。
设计理由：工厂 “拥有” 多个玩具，符合 “has-a” 关系，通过组合实现对玩具的集中管理与批量操作。
3.源代码
#pragma once #include <string> #include <vector> class Toy { public: Toy(const std::string& name, const std::string& type) : toyName(name), toyType(type) {} virtual ~Toy() = default; std::string getName() const { return toyName; } std::string getType() const { return toyType; } virtual void useSpecialSkill() const = 0; private: std::string toyName; std::string toyType; }; class SingingBear : public Toy { public: SingingBear(const std::string& name) : Toy(name, "毛绒公仔-小熊") {} void useSpecialSkill() const override; }; class GlowingRabbit : public Toy { public: GlowingRabbit(const std::string& name) : Toy(name, "毛绒公仔-兔子") {} void useSpecialSkill() const override; }; class TalkingDog : public Toy { public: TalkingDog(const std::string& name) : Toy(name, "毛绒公仔-小狗") {} void useSpecialSkill() const override; }; class ToyFactory { public: ~ToyFactory(); void addToy(Toy* toy); void showAllToys() const; private: std::vector<Toy*> toys; };
#include "Toy.hpp" #include <iostream> void SingingBear::useSpecialSkill() const { std::cout << "[唱歌] " << getName() << "：“两只老虎，跑得快~”\n"; } void GlowingRabbit::useSpecialSkill() const { std::cout << "[发光] " << getName() << "：（耳朵发出粉色彩光）\n"; } void TalkingDog::useSpecialSkill() const { std::cout << "[对话] " << getName() << "：“你好呀！我是你的毛绒伙伴~”\n"; } ToyFactory::~ToyFactory() { for (Toy* toy : toys) { delete toy; } } void ToyFactory::addToy(Toy* toy) { if (toy != nullptr) { toys.push_back(toy); } } void ToyFactory::showAllToys() const { std::cout << "\n===== 玩具工厂 - 所有玩具信息 =====\n"; for (const Toy* toy : toys) { std::cout << "\n名称：" << toy->getName() << " | 类型：" << toy->getType() << "\n"; toy->useSpecialSkill(); } std::cout << "\n===================================\n"; }
#include "Toy.hpp" int main() { ToyFactory factory; factory.addToy(new SingingBear("憨憨熊")); factory.addToy(new GlowingRabbit("跳跳兔")); factory.addToy(new TalkingDog("汪汪狗")); factory.showAllToys(); return 0; }
4.运行结果截图
浙公网安备 33010602011771号