实验 1：现代 C++ 编程初体验
语言标准：C++ 17
任务1:
1. 源代码：
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
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();
}
template <typename T>
void output(const T &c) {
for(auto &i : c)
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';
}
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(), ' ');
reverse_copy(s0.begin(), s0.end(), s2.begin());
cout << "s2 = " << s2 << endl;
}
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);
}
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};
rotate(v1.begin(), v1.begin()+1, v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
rotate(v2.begin(), v2.begin()+2, v2.end());
cout << "v2: "; output(v2);
vector<int> v3{v0};
rotate(v3.begin(), v3.end()-1, v3.end());
cout << "v3: "; output(v3);
vector<int> v4{v0};
rotate(v4.begin(), v4.end()-2, v4.end());
cout << "v4: "; output(v4);
}
2. 运行测试截图
3. 回答问题
问题 1：reverse 和 reverse_copy 有什么区别？
reverse(first, last) 直接改变原序列。reverse_copy(first, last, result) 将原区间按逆序copy到目标字符串，不改变原序列。
问题 2：rotate 如何改变元素顺序？三个参数分别代表什么？
rotate(first, middle, last) 将 [first, middle) 和 [middle, last) 两段交换，并保持每段自己本来的顺序。
first：待旋转区间的起始位置。middle：旋转后成为首元素的位置。last：待旋转区间的结束位置，不包含该位置。
任务2:
1. 源代码：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
template<typename T>
void output(const T &c);
int generate_random_number();
void test1();
void test2();
int main() {
std::srand(std::time(0));
std::cout << "测试1: \n";
test1();
std::cout << "\n测试2: \n";
test2();
}
template <typename T>
void output(const T &c) {
for(auto &i: c)
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';
}
int generate_random_number() {
return std::rand() % 101;
}
void test1() {
using namespace std;
vector<int> v0(10);
generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);
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);
cout << "v2: "; output(v2);
}
void test2() {
using namespace std;
vector<int> v0(10);
generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);
cout << "v0: "; output(v0);
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;
auto ans = minmax_element(v0.begin(), v0.end());
cout << "最小值: " << *(ans.first) << endl;
cout << "最大值: " << *(ans.second) << endl;
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;
}
2. 运行测试截图
3. 回答问题
问题 1：generate 算法的作用是什么？
generate 算法的作用是把随机生成的数字填充到v0中
问题 2：minmax_element 相比单独调用两个算法有什么优势？
minmax_element 在一次遍历中同时获得最小值和最大值的位置。分别调用 min_element 和 max_element 要遍历两次，比较次数约为 2n；同时求最值的比较次数约为 1.5n。优势是在数据量极大时可以更快。
问题 3：lambda 表达式的用法和适用场景是什么？
[](){ return std::rand()%101; } 是一个无参函数，可替代 generate_random_number，两种写法功能相同。
[] 是捕获列表；() 是空参数列表；花括号内是函数体。
lambda 适合在排序比较规则、条件判断上使用；正常函数适合要用多次、逻辑复杂的操作。
任务3:
1. 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';
}
2. 运行测试截图
3. 回答问题
问题 1：自定义函数 func 的功能是什么？
将英文字母循环后移一位：a → b、A → B，特别处理 z → a、Z → A。其余字符保持不变。
问题 2：tolower 和 toupper 分别有什么功能？
tolower 将大写字母转换为对应小写字母，toupper 将小写字母转换为对应大写字母；
问题 3：transform 的四个参数分别是什么？修改第三个参数有什么影响？
对于 transform(s1.begin(), s1.end(), s2.begin(), func)：
- 第一个参数是输入区间的开始。
- 第二个参数是输入区间的结束，开区间。
- 第三个参数是结果写入的起始位置。
- 第四个参数是对每个元素的操作。
改变第三个参数会影响转换后字符存放的位置，将第三个参数改为 s1.begin() 后，变换结果直接写回 s1，原字符串被修改。
任务4:
1. 源代码：
#include <iostream>
#include <string>
#include <cctype>
bool is_palindrome(const std::string &s);
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s);
int main() {
using namespace std;
string s;
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) {
int l = 0, r = (int)s.size() - 1;
while (l < r) {
if (s[l] != s[r]) {
return false;
}
l++;
r--;
}
return true;
}
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
std::string t = s;
for (int i = 0; i < (int)t.size(); i++) {
t[i] = std::tolower(t[i]);
}
return is_palindrome(t);
}
2. 运行测试截图
3. 回答问题
问题：如果输入字符串包含空格，代码应如何调整？
用 while (std::getline(std::cin, s))，每次读取一整行：
std::string s;
while (std::getline(std::cin, s)) {
std::cout << std::boolalpha
<< "区分大小写: " << is_palindrome(s) << '\n'
<< "不区分大小写: " << is_palindrome_ignore_case(s) << "\n\n";
}
任务5:
1. 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";
}
}
std::string dec2n(int x, int n) {
using namespace std;
if (x == 0) return "0";
string ans;
while (x) {
int t = x % n;
if(t < 10) {
ans += t + '0';
}
else ans += t - 10 + 'A';
x /= n;
}
reverse(ans.begin(), ans.end());
return ans;
}
2. 运行测试截图
任务6:
1. 源代码：
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
int main() {
cout << " ";
for (int j = 0; j < 26; j++) {
cout << setw(2) << char('a' + j);
}
cout << '\n';
for (int i = 1; i <= 26; i++) {
cout << setw(2) << i;
for (int j = 0; j < 26; j++) {
char c = 'A' + (i + j) % 26;
cout << setw(2) << c;
}
cout << '\n';
}
return 0;
}
2. 运行测试截图
任务7:
1. 源代码：
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main() {
srand(time(0));
int cnt = 0;
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
int a = rand() % 10 + 1;
int b = rand() % 10 + 1;
int op = rand() % 4;
int ans;
char ch;
if (op == 0) {
ch = '+';
ans = a + b;
} else if (op == 1) {
ch = '-';
if (a < b) swap(a, b);
ans = a - b;
} else if (op == 2) {
ch = '*';
ans = a * b;
} else {
ch = '/';
while (a % b != 0) {
a = rand() % 10 + 1;
b = rand() % 10 + 1;
}
ans = a / b;
}
cout << i << ". " << a << ' ' << ch << ' ' << b << " = ";
int x;
if (!(cin >> x)) return 0;
if (x == ans) cnt++;
}
double AC = 100.0 * cnt / 10;
cout << "正确率: " << fixed << setprecision(2) << AC << "%\n";
return 0;
}
2. 运行测试截图
实验总结
对于后四个任务，我在自己写完后均让AI写了一版（上传博客版保留了自己写法，本地已优化），我发现最大的问题在于书写习惯，我的代码习惯来自于算法竞赛，常常用一些简单的变量名，大量的 if else 以及默认了数据范围。
在实际开发中，输入数据往往不像算法竞赛那样有明确的范围，因此需要考虑更多边界情况和使用条件，让代码更加通用。在字符串任务中，使用 const 可以避免函数修改原字符串，而在调用 tolower 前将字符转换为 unsigned char，可以确保传入的值符合我的要求。
还有就是把变量名写的完整和加入注释来增强可读性，比如说随机算术生成器的 x 可以写成 user_answer，AC 可以写成 accuracy，这样更方便协作与后期维护。
同时在 task4 中，AI使用了 <algorithm> 头文件中的 equal 和 transform 此类C++已经提供的函数来让代码更简单，或许在自己要写一个函数的时候，可以查询一下是否已经有封装好的直接可用的。
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