OOP-实验1

实验任务1

源代码task1.cpp

// 现代C++标准库、算法库体验
// 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> // 算法库

// 函数模板声明
template <typename T>
void output(const T &c);

void test1();
void test2();
void test3();

int main()
{
    std::cout << "测试1: " << std::endl;
    test1();

    std::cout << std::endl;
    std::cout << "测试2: " << std::endl;
    test2();

    std::cout << std::endl;
    std::cout << "测试3: " << std::endl;
    test3();

    return 0;
}

// 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 << std::endl;
}

// 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};
    reverse(s1.begin(), s1.end());
    cout << "s1 = " << s1 << endl;

    string s2(s0.size(), ' '); // 创建一个空字符串，大小与s0相同
    // 将s0反转后结果copy到s2中，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[v2.begin(),v2.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[v3.begin(),v3.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[v4.begin(),v4.end()]区间内元素循环右移2位
    rotate(v4.begin(), v4.end() - 2, v4.end());
    cout << "v4: ";
    output(v4);
}

 运行测试截图

回答问题

问题1：reverse 和 reverse_copy 有什么区别？

reverse：直接反转容器内元素，因此要改变原容器内容

reverse_copy：将原容器元素反转后的结果复制到另一个新容器中，且原容器的内容不改变

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？

rotate 即循环移位，第一个参数即循环移位区间的起始迭代器，第三个参数即循环移位区间的终止迭代器；

中间参数：左移k位即 起始迭代器+k ；右移k位即 终止迭代器-k

 

实验任务2

源代码task2.cpp

// 体验使用C++标准库高效完成数据赋值、排序和基本统计

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>

// 函数模板声明
template <typename T>
void output(const T &c);

int generate_random_number(); // 生成随机数
void test1();
void test2();

int main()
{
    std::srand(std::time(0)); // 设置随机数种子

    std::cout << "测试1: " << std::endl;
    test1();

    std::cout << "测试2: " << std::endl;
    test2();
}

// 输出容器对象c中的元素
template <typename T>
void output(const T &c)
{
    for (const auto &i : c)
        std::cout << i << " ";
    std::cout << std::endl;
}

// 返回[0, 100]区间内的一个随机整数
int generate_random_number()
{
    return std::rand() % 101;
}

// generate(v0.begin(), v0.end(), []()
//          { 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);                                     // 创建一个大小为10的动态数组v0
    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());
    cout << "v1: ";
    output(v1);

    vector<int> v2{v0};
    sort(v2.begin() + 1, v2.end() - 1); // 只对除首尾元素外的元素排序
    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v0的最大值和最小值 指针
    auto min_iter = min_element(v0.begin(), v0.end());
    cout << "最小值: " << *min_iter << endl;
    auto max_iter = max_element(v0.begin(), v0.end());
    cout << "最大值: " << *max_iter << endl;

    // 同时求v0的最大值和最小值 指针
    auto ans = minmax_element(v0.begin(), v0.end());
    cout << "最小值: " << *(ans.first) << endl;
    cout << "最大值: " << *(ans.second) << endl;

    // 求v0平均值
    double avg1 = accumulate(v0.begin(), v0.end(), 0.0) / v0.size();
    cout << "平均值: " << fixed << setprecision(2) << avg1 << endl; // 格式控制，保留到小数点后两位

    // 求去掉最大值和最小值后，v0的平均值
    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、最小值后, 平均值: " << avg2 << endl;
};

运行测试截图

回答问题

问题1：generate 算法的作用是什么？

generate：对容器类对象指定迭代器区间内赋值

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

优势：只需要一次遍历即可同时求出容器类的最大值和最小值

问题3：generate 更改后效果是否相同？类比C++中 lambda 表达式用法。

generate 更改后效果依然相同，为无参的 lambda 表达式；C++中的 lambda 表达式是一种创建匿名函数对象的方式

 

实验任务3

源代码task3.cpp

// 体验使用C++标准库高效完成字符串变换操作

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

unsigned char func(unsigned char c); // 返回无符号单字符
void test1();
void test2();

int main()
{
    std::cout << "测试1: 字符串大小写转换" << std::endl;
    test1();

    std::cout << std::endl;
    std::cout << "测试2: 字符变换" << std::endl;
    test2();
}

// 字符后移
unsigned char func(unsigned char c)
{
    // 单独对字符z和Z作处理
    if (c == 'z')
        return 'a';
    else if (c == 'Z')
        return 'A';
    else if (std::isalpha(c))                     // 判断是否为字母
        return static_cast<unsigned char>(c + 1); // 静态类型转换

    return c;
}

// 字符串大小写转换
void test1()
{
    using namespace std;
    string s1{"Hello World 2049!"};
    cout << "s1 = " << s1 << endl;

    string s2;
    for (char &c : s1) // 遍历s1一个个作转换
    {
        s2 += tolower(c); // 将转换后的字符一个个拼接到s2
    }
    cout << "s2 = " << s2 << endl;

    string s3;
    for (char &c : s1)
    {
        s3 += toupper(c);
    }
    cout << "s3 = " << s3 << endl;
}

// 字符变换
void test2()
{
    using namespace std;

    string s1{"I love cosmos!"};
    cout << "s1 = " << s1 << endl;

    string s2(s1.size(), ' ');
    transform(s1.begin(), s1.end(), s2.begin(), func);
    cout << "s2 = " << s2 << endl;
}

运行测试截图

回答问题

问题1：自定义函数 func 功能是什么？

若该字符为字母，则将其变换成它的下一个字母，其中 z 和 Z 分别变换成 a 和 A

若该字符不是字母，则不作任何处理

问题2：tolower 和 toupper 功能分别是什么？

tolower() 将单个字符转换成它的小写；toupper() 将单个字符转换成它的大写

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？

transform() 作字符的变换操作，其中前两个参数表示执行操作的范围，第4个参数表示变换操作的具体方法，而第3个参数表示结果的起始存储地址；

若改成 s1.begin() , 则相当于直接对 s1 执行 func 操作，会更改原字符串 s1 的内容，而 s2.begin() 不会更改原字符串 s1 的内容

 

实验任务4

源代码task4.cpp

// 判断回文串 返回true/false
// 要求：支持多组输入
// 严格区分大小写：bool is_palindrome(const std::string &s)
// 不区分大小写：bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s)

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

bool is_palindrome(const std::string &s);
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s);
unsigned char func(const char c);

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) << endl
             << "不区分大小写: " << is_palindrome_ignore_case(s) << endl
             << endl;
    }
}

// 函数is_palindrome()定义 严格区分大小写
bool is_palindrome(const std::string &s)
{
    using namespace std;
    string str(s.size(), ' ');
    reverse_copy(s.begin(), s.end(), str.begin()); // 得到反转后的字符串str

    // 比较s和str
    if (s == str)
        return true;
    return false;
}

// 函数is_palindrome_ignore_case()定义 不区分大小写
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s)
{
    using namespace std;
    string str(s.size(), ' ');
    transform(s.begin(), s.end(), str.begin(), func);

    string str_reverse(s.size(), ' ');
    reverse_copy(str.begin(), str.end(), str_reverse.begin());

    if (str == str_reverse)
        return true;
    return false;
}

unsigned char func(const char c)
{
    return tolower(c);
}

运行测试截图

回答问题

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？

 通过询问 AI，了解到：若希望读取包含空格的整行文本，应该使用 std::getline() 函数，而不是 cin >> s

 

实验任务5

源代码task5.cpp

// 进制转换
// std::string dec2n(x, n) 实现把一个十进制数x转换成n进制，结果以字符串形式返回
// 若第2个参数n未指定，则默认转换成二进制
// 本次实验限定参数n取值区间为[2,36]，限定参数x>=0
// 要求：支持多组输入

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

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

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

// 函数dec2n()定义
// 注意：带有默认形参的函数只需在声明处声明一次即可，在函数定义时不可再重复声明，会报错！！！
std::string dec2n(int x, int n)
{
    using namespace std;

    string s;
    char c;
    int k;

    // 若出现 x = 0 的情况
    // 必须添加，否则会返回空字符串
    if (x == 0)
    {
        return "0"; // 返回字符串0
    }

    while (x != 0)
    {
        k = x % n;
        if (k > 9) // 字母范畴
        {
            c = 'A' + (k - 10);
            s += c;
        }
        else // 数字范畴
        {
            c = '0' + k;
            s += c;
        }
        x /= n;
    }

    string str(s.size(), ' ');
    reverse_copy(s.begin(), s.end(), str.begin()); // 反转后返回

    return str;
}

运行测试截图

 

实验任务6

源代码task6.cpp

// 打印字母密文对照表
// 输出格式控制、大小写转换、循环移位

#include <iostream>
#include <vector>
#include <iomanip>
#include <algorithm>

void output();

int main()
{
    output();
    return 0;
}

void output()
{
    using namespace std;

    vector<char> v;

    // 添加元素
    for (int i = 0; i < 26; i++)
    {
        char c;
        c = 'a' + i;
        v.push_back(c);
    }

    // 第一行输出
    cout << "  ";
    for (auto &c : v)
    {
        cout << setw(2) << c;
        c = toupper(c); // 小写转换成大写
    }
    cout << endl;

    for (int i = 1; i <= 26; i++)
    {
        // 循环左移1位
        rotate(v.begin(), v.begin() + 1, v.end());
        cout << setw(2) << i;
        for (auto &c : v)
        {
            cout << setw(2) << c;
        }
        cout << endl;
    }
}

运行测试截图

 

实验任务7

源代码task7.cpp

// 自动生成小学生算术运算题目并自动测评
// 题目是减法运算时，要求第一个操作数>=第二个操作数
// 题目是除法运算时，要求第一个操作数能整除第二个操作数整除
// 给出正确率，要求以百分号形式输出，保留小数点后两位

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

char generate_random_operator();
void generate_random_number(int &m, int &n);
int calculate(const int m, const int n, char c);

int main()
{
    std::srand(std::time(0)); // 设置随机数种子

    int k = 0, ans, count = 0;
    while (k < 10)
    {
        int m, n;
        generate_random_number(m, n);
        char c = generate_random_operator();

        // 判断减法是否合法
        if (c == '-')
        {
            if (m < n)
                continue;
        }

        // 判断除法是否合法
        else if (c == '/')
        {
            if (m % n != 0)
                continue;
        }

        k++;
        std::cout << m << ' ' << c << ' ' << n << " = ";
        std::cin >> ans;

        if (calculate(m, n, c) == ans)
            count++;
    }

    std::cout << "正确率: ";
    double rate = count * 100.0 / 10.0;
    std::cout << std::fixed << std::setprecision(2) << rate << '%' << std::endl;

    return 0;
}

// 生成随机运算符
char generate_random_operator()
{
    switch (rand() % 4)
    {
    case 0:
        return '+';
        break;
    case 1:
        return '-';
        break;
    case 2:
        return '*';
        break;
    default:
        return '/';
    }
}

// 生成随机运算数
void generate_random_number(int &m, int &n)
{
    m = rand() % 10 + 1;
    n = rand() % 10 + 1;
}

// 计算正确结果
int calculate(const int m, const int n, char c)
{
    if (c == '+')
        return m + n;
    else if (c == '-')
        return m - n;
    else if (c == '*')
        return m * n;
    else
        return m / n;
}

运行测试截图

实验总结

1. 了解并实现了常见算法函数的使用：如 reverse_copy()，rotate()，tolower()，toupper() 以及生成随机数的方法等
2. 注意：带有默认形参的函数只需在声明时声明一次即可，在定义时不可再声明，会导致报错
3. tolower 和 toupper 的形参只能是字符型，若填入 string 类型会报错
4. 用 std::getline() 读取包含空格的整行文本