OOP-实验6

实验任务1

源代码task1

// 结构体Contestant定义及其重载运算符函数>>和<<实现

#pragma once

#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>

struct Contestant
{
    long id;           // 学号
    std::string name;  // 姓名
    std::string major; // 专业
    int solved;        // 解题数
    int penalty;       // 总罚时
};

// 重载<<
// 要求：姓名/专业里不含空白符
inline std::ostream &operator<<(std::ostream &out, const Contestant &c)
{
    out << std::left;
    out << std::setw(15) << c.id
        << std::setw(15) << c.name
        << std::setw(15) << c.major
        << std::setw(10) << c.solved
        << std::setw(10) << c.penalty;

    return out;
}

// 重载>>
inline std::istream &operator>>(std::istream &in, Contestant &c)
{
    in >> c.id >> c.name >> c.major >> c.solved >> c.penalty;

    return in;
}

// 工具函数实现（排序函数、数据读/写）

#pragma once

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
#include <vector>

#include "contestant.hpp"

// ACM 排序规则：先按解题数降序，再按罚时升序
inline bool cmp_by_solve(const Contestant &a, const Contestant &b)
{
    // 先按解题数降序
    if (a.solved != b.solved)
        return a.solved > b.solved;

    // 再按罚时升序
    return a.penalty < b.penalty;
}

// 将结果写至任意输出流
inline void write(std::ostream &os, const std::vector<Contestant> &v)
{
    for (const auto &x : v)
        os << x << '\n';
}

// 将结果打印到屏幕
inline void print(const std::vector<Contestant> &v)
{
    write(std::cout, v);
}

// 将结果保存到文件
inline void save(const std::string &filename, const std::vector<Contestant> &v)
{
    std::ofstream os(filename);
    if (!os)
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    write(os, v);
}

// 从文件读取信息（跳过标题行）
inline std::vector<Contestant> load(const std::string &filename)
{
    std::ifstream is(filename);
    if (!is)
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    std::string line;
    std::getline(is, line); // 跳过标题

    std::vector<Contestant> v;
    Contestant t;
    int seq;
    while (is >> seq >> t)
        v.push_back(t);

    return v;
}

// 应用代码 + main

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <vector>

#include "contestant.hpp"
#include "utils.hpp"

const std::string in_file = "./data.txt";
const std::string out_file = "./ans.txt";

void app()
{
    std::vector<Contestant> contestants;

    try
    {
        contestants = load(in_file);
        std::sort(contestants.begin(), contestants.end(), cmp_by_solve);
        print(contestants);
        save(out_file, contestants);
    }

    catch (const std::exception &e)
    {
        std::cerr << e.what() << '\n';
        return;
    }
}

int main()
{
    app();
}

运行测试截图

回答问题

问题1：流操作与代码复用

观察 print() 与 save() 的实现，均在内部调用 write()：

（1）write() 的参数类型是 std::ostream&，它为什么能同时接受 std::cout 和 std::ofstream 对象作为实参？

原因：std::ostream 是 std::cout 和 std::ofstream 的基类，而基类的引用可以和任意派生类对象绑定；

I/O 流类继承层次关系：

（2）如果要把结果写到其他设备，只要该设备也提供 std::ostream 接口，还需改动 write() 吗？

不需要改动 write() ，体现了代码复用性

问题2：异常处理与捕获

在代码中找到两处 throw 语句，说明：

（1）什么情况下会抛出异常；

save()：throw std::runtime_error("fail to open " + filename);　　打开文件 filename 失败时抛出异常

load()：throw std::runtime_error("fail to open " + filename);　　 打开文件 filename 失败时抛出异常

（2）异常被谁捕获、做了哪些处理。

两处异常会被 task1.cpp 中的 void app() 函数捕获；

处理：std::cerr << e.what() << '\n';　return;　　输出异常信息并退出 app() ，不再进行后续操作

问题3：替代写法

函数 app 中 std::sort(contestants.begin(), contestants.end(), cmp_by_solve); 参数 cmp_by_solve 换成下面的 lambda 表达式是否可以？功能、性能、结果是否一致？

可以替换；

且功能、性能、结果一致，都能实现先按解题数降序、再按罚时升序的排序逻辑

问题4：数据完整性与代码健壮性

把 in_file 改成 "./data_bad.txt" （内含空白行或字段缺失），重新编译运行：

（1）观察运行结果有什么问题？给出测试截图并分析原因。

问题：第一行 Thomas 的解题数和罚时错误；缺少了 Jennie、Tibby、Vermont 的数据记录

原因：原文件 data_bad.txt 中 Thomas 的数据记录不完整，导致其直接读取了下一行记录的序号和学号；且 while 循环也被终止，无法继续读取

（2）思考：如何修改函数 std::vector<Contestant> load(const std::string& filename) ，使其提示出错行号并跳过有问题的数据行，同时让程序继续执行？

修改 load() 函数如下：

// 从文件读取信息（跳过标题行）
inline std::vector<Contestant> load(const std::string &filename)
{
    std::ifstream is(filename);
    if (!is)
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    std::string line;
    std::getline(is, line); // 跳过标题

    std::vector<Contestant> v;
    Contestant t;

    int seq;
    int count = 2;

    while (std::getline(is, line))
    {
        std::istringstream iss(line);

        if (line.empty())
        {
            std::cerr << "[Warning] line " << count << " is empty, skipped." << std::endl;
            continue;
        }

        if (!line.empty())
        {
            if (!(iss >> seq) || !(iss >> t.id) || !(iss >> t.name) || !(iss >> t.major) || !(iss >> t.solved) || !(iss >> t.penalty))
            {
                std::cerr << "[Warning] line " << count << " format error, skipped." << std::endl;
                continue;
            }

            else
                v.push_back(t);
        }

        count++;
    }

    return v;
}

 

实验任务2

源代码task2

// 学员类Student及其重载运算符函数声明

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>

class Student
{
public:
    Student() = default;
    ~Student() = default;

    const std::string get_major() const;
    int get_grade() const;

    friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const Student &s);
    friend std::istream &operator>>(std::istream &is, Student &s);

private:
    int id;
    std::string name;
    std::string major;
    int grade; // 0-100
};

// 学员类Student及其重载运算符函数实现

#include <string>
#include <iomanip>

#include "student.hpp"

inline const std::string Student::get_major() const
{
    return major;
}

inline int Student::get_grade() const
{
    return grade;
}

inline std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const Student &s)
{
    os << std::left;
    os << std::setw(15) << s.id
       << std::setw(15) << s.name
       << std::setw(15) << s.major
       << std::setw(15) << s.grade;

    return os;
}

inline std::istream &operator>>(std::istream &is, Student &s)
{
    is >> s.id >> s.name >> s.major >> s.grade;

    return is;
}

// 学员成绩管理类StuMgr声明

#pragma once

#include <string>
#include <vector>
#include "student.hpp"

class StuMgr
{
public:
    void load(const std::string &file);       // 加载数据文件（空格分隔）
    void sort();                              // 排序: 按专业字典序升序、同专业分数降序
    void print() const;                       // 打印到屏幕
    void save(const std::string &file) const; // 保存到文件

private:
    void write(std::ostream &os) const; // 把数据写到任意输出流

private:
    std::vector<Student> students;
};

// 学员成绩管理类stumgr实现

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <stdexcept>

#include "stumgr.hpp"

inline bool compare(const Student &s1, const Student &s2)
{
    if (s1.get_major() != s2.get_major())
        return s1.get_major() < s2.get_major();

    return s1.get_grade() > s2.get_grade();
}

inline void StuMgr::load(const std::string &file)
{
    std::ifstream is(file);
    if (!is)
        throw std::runtime_error("cannot open file: " + file);

    std::string line;
    std::getline(is, line);

    Student s;

    while (is >> s)
    {
        students.push_back(s);
    }
}

inline void StuMgr::sort()
{
    if (students.size() == 0)
        std::cerr << "(empty)" << std::endl;

    std::sort(students.begin(), students.end(), compare);
}

inline void StuMgr::print() const
{
    write(std::cout);
}

inline void StuMgr::save(const std::string &file) const
{
    std::ofstream os(file);
    if (!os)
        throw std::runtime_error("cannot open file: " + file);

    write(os);
}

inline void StuMgr::write(std::ostream &os) const
{
    for (const auto &i : students)
        os << i << std::endl;
}

#include <iostream>
#include <limits>
#include <string>

#include "student.hpp"
#include "student.cpp"
#include "stumgr.hpp"
#include "stumgr.cpp"

const std::string in_file = "./data.txt";
const std::string out_file = "./ans.txt";

void menu()
{
    std::cout << "\n**********简易应用**********\n"
                 "1. 加载文件\n"
                 "2. 排序\n"
                 "3. 打印到屏幕\n"
                 "4. 保存到文件\n"
                 "5. 退出\n"
                 "请选择：";
}

void app()
{
    StuMgr mgr;

    while (true)
    {
        menu();
        int choice;
        std::cin >> choice;

        try
        {
            switch (choice)
            {
            case 1:
                mgr.load(in_file);
                std::cout << "加载成功\n";
                break;

            case 2:
                mgr.sort();
                std::cout << "排序已完成\n";
                break;

            case 3:
                mgr.print();
                std::cout << "打印已完成\n";
                break;

            case 4:
                mgr.save(out_file);
                std::cout << "导出成功\n";
                break;

            case 5:
                return;

            default:
                std::cout << "不合法输入\n";
            }
        }
        catch (const std::exception &e)
        {
            std::cout << "Error: " << e.what() << '\n';
        }
    }
}

int main()
{
    app();
}

运行测试截图

拓展

说明为解决数据完整性、有效性，提升代码健壮性，对哪些模块做了改动。

提供改动模块的源码及使用 data_bad.txt 运行测试效果截图。

// 学员成绩管理类stumgr实现

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <stdexcept>

#include "stumgr.hpp"

inline bool compare(const Student &s1, const Student &s2)
{
    if (s1.get_major() != s2.get_major())
        return s1.get_major() < s2.get_major();

    return s1.get_grade() > s2.get_grade();
}

inline void StuMgr::load(const std::string &file)
{
    std::ifstream is(file);
    if (!is)
        throw std::runtime_error("cannot open file: " + file);

    std::string line;
    std::getline(is, line);

    int line_num = 2;

    while (std::getline(is, line))
    {
        std::istringstream iss1(line);

        if (line.empty())
        {
            std::cerr << "[Warning] line " << line_num << " is empty, skipped." << std::endl;

            line_num++;
            continue;
        }

        else
        {
            int id, grade;
            std::string name, major;

            if (!(iss1 >> id >> name >> major >> grade))
            {
                std::cerr << "[Warning] line " << line_num << " format error, skipped: ";
                std::cout << line << std::endl;

                line_num++;
                continue;
            }

            else if (grade < 0 || grade > 100)
            {
                std::cerr << "[Warning] line " << line_num << " grade invalid, skipped: ";
                std::cout << line << std::endl;

                line_num++;
                continue;
            }

            else
            {
                Student s;
                std::istringstream iss2(line);

                iss2 >> s;

                students.push_back(s);

                line_num++;
                continue;
            }
        }
    }
}

inline void StuMgr::sort()
{
    if (students.size() == 0)
        std::cerr << "(empty)" << std::endl;

    std::sort(students.begin(), students.end(), compare);
}

inline void StuMgr::print() const
{
    write(std::cout);
}

inline void StuMgr::save(const std::string &file) const
{
    std::ofstream os(file);
    if (!os)
        throw std::runtime_error("cannot open file: " + file);

    write(os);
}

inline void StuMgr::write(std::ostream &os) const
{
    for (const auto &i : students)
        os << i << std::endl;
}