实验三

任务一

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
class Button {
public:
    Button(const std::string& label_);
    const std::string& get_label() const;
    void click();
private:
    std::string label;
};
Button::Button(const std::string& label_) : label{ label_ } {
}
inline const std::string& Button::get_label() const {
    return label;
}
inline void Button::click() {
    std::cout << "Button '" << label << "' clicked\n";
}

#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "button.hpp"
// 窗口类
class Window {
public:
    Window(const std::string& title_);
    void display() const;
    void close();
    void add_button(const std::string& label);
    void click_button(const std::string& label);
private:
    bool has_button(const std::string& label) const;
private:
    std::string title;
    std::vector<Button> buttons;
};
Window::Window(const std::string& title_) : title{ title_ } {
    buttons.push_back(Button("close"));
}
inline void Window::display() const {
    std::string s(40, '*');
    std::cout << s << std::endl;
    std::cout << "window : " << title << std::endl;
    int cnt = 0;
    for (const auto& button : buttons)
        std::cout << ++cnt << ". " << button.get_label() << std::endl;
    std::cout << s << std::endl;
}
inline void Window::close() {
    std::cout << "close window '" << title << "'" << std::endl;
    click_button("close");
}
inline bool Window::has_button(const std::string& label) const {
    for (const auto& button : buttons)
        if (button.get_label() == label)
            return true;

    return false;
}
inline void Window::add_button(const std::string& label) {
    if (has_button(label))
        std::cout << "button " << label << " already exists!\n";
    else
        buttons.push_back(Button(label));
}
inline void Window::click_button(const std::string& label) {
    for (auto& button : buttons)
        if (button.get_label() == label) {
            button.click();
            return;
        }

    std::cout << "no button: " << label << std::endl;
}

#include "window.hpp"
#include <iostream>
void test() {
    Window w("Demo");
    w.add_button("add");
    w.add_button("remove");
    w.add_button("modify");
    w.add_button("add");
    w.display();
    w.close();
}
int main() {
    std::cout << "用组合类模拟简单GUI:\n";
    test();
}

问题一：是

问题二：1、可外部调用，破坏了封装，有数据泄露风险

　　　　2、公有（用户需要，不易损坏内部数据），私有（仅内部使用，有敏感数据）

问题三：接口一避免了数据的复制，接口二没有

问题四：是，在大多数情况下，emplace_back() 提供了更好的性能，特别是在构造代价较高的对象时。但在添加已有对象或需要明确表达意图时，push_back() 仍然是合适的选择。

 任务二：

#include <iostream>
#include <vector>
void test1();
void test2();
void output1(const std::vector<int>& v);
void output2(const std::vector<int>& v);
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v);
int main() {
    std::cout << "深复制验证1: 标准库vector<int>\n";
    test1();
    std::cout << "\n深复制验证2: 标准库vector<int>嵌套使用\n";
    test2();
}
void test1() {
    std::vector<int> v1(5, 42);
    const std::vector<int> v2(v1);

    std::cout << "**********拷贝构造后**********\n";
    std::cout << "v1: "; output1(v1);
    std::cout << "v2: "; output1(v2);
    
    v1.at(0) = -1;
    
    std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n";
    std::cout << "v1: "; output1(v1);
    std::cout << "v2: "; output1(v2);

}
void test2() {
    std::vector<std::vector<int>> v1{ {1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7} };
    const std::vector<std::vector<int>> v2(v1);
    std::cout << "**********拷贝构造后**********\n";
    std::cout << "v1: "; output3(v1);
    std::cout << "v2: "; output3(v2);
    v1.at(0).push_back(-1);
    std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n";
    std::cout << "v1: \n";  output3(v1);
    std::cout << "v2: \n";  output3(v2);
}
// 使用xx.at()+循环输出vector<int>数据项
void output1(const std::vector<int>& v) {
    if (v.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
    std::cout << v.at(0);
    for (auto i = 1; i < v.size(); ++i)
        std::cout << ", " << v.at(i);
    std::cout << '\n';
}
// 使用迭代器+循环输出vector<int>数据项
void output2(const std::vector<int>& v) {
    if (v.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
    auto it = v.begin();
    std::cout << *it;
    for (it = v.begin() + 1; it != v.end(); ++it)
        std::cout << ", " << *it;
    std::cout << '\n';
}
// 使用auto for分行输出vector<vector<int>>数据项
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) {
    if (v.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
    for (auto& i : v)
        output2(i);
}

问题一：普通参数构造、拷贝构造；都是5个

问题二：2、2、3

问题三：能，at有边界检查

问题四：1、能，v1.at(0)中末尾加入了-1

　　　　2、不占多余空间，不能修改

问题五：1、深复制

　　　　2、int&，const int&,是

任务三：

#pragma once
#include <iostream>
// 动态int数组对象类
class vectorInt {
public:
    vectorInt();
    vectorInt(int n_);
    vectorInt(int n_, int value);
    vectorInt(const vectorInt& vi);
    ~vectorInt();
    int size() const;
    int& at(int index);
    const int& at(int index) const;
    vectorInt& assign(const vectorInt& vi);
    int* begin();
    int* end();
    const int* begin() const;
    const int* end() const;
private:
    int n;
    // 当前数据项个数
    int* ptr;  // 数据区
};
vectorInt::vectorInt() :n{ 0 }, ptr{ nullptr } {
}
vectorInt::vectorInt(int n_) : n{ n_ }, ptr{ new int[n] } {
}
vectorInt::vectorInt(int n_, int value) : n{ n_ }, ptr{ new int[n_] } {
    for (auto i = 0; i < n; ++i)
        ptr[i] = value;
}
vectorInt::vectorInt(const vectorInt& vi) : n{ vi.n }, ptr{ new int[n] } {
    for (auto i = 0; i < n; ++i)
        ptr[i] = vi.ptr[i];
}
vectorInt::~vectorInt() {
    delete[] ptr;
}
int vectorInt::size() const {
    return n;
}
const int& vectorInt::at(int index) const {
    if (index < 0 || index >= n) {
        std::cerr << "IndexError: index out of range\n";
        std::exit(1);
    }
    return ptr[index];
}
int& vectorInt::at(int index) {
    if (index < 0 || index >= n) {
        std::cerr << "IndexError: index out of range\n";
        std::exit(1);
    }
    return ptr[index];
}
vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt& vi) {
    if (this == &vi)
        return *this;
    int* ptr_tmp;
    ptr_tmp = new int[vi.n];
    for (int i = 0; i < vi.n; ++i)
        ptr_tmp[i] = vi.ptr[i];
    delete[] ptr;
    n = vi.n;
    ptr = ptr_tmp;
    return *this;
}
int* vectorInt::begin() {
    return ptr;
}
int* vectorInt::end() {
    return ptr + n;
}
const int* vectorInt::begin() const {
    return ptr;
}
const int* vectorInt::end() const {
    return ptr + n;
}

#include "vectorInt.hpp"
#include <iostream>
void test1();
void test2();
void output1(const vectorInt& vi);
void output2(const vectorInt& vi);
int main() {
    std::cout << "测试1: \n";
    test1();
    std::cout << "\n测试2: \n";
    test2();
}
void test1() {
    int n;
    std::cout << "Enter n: ";
    std::cin >> n;
    vectorInt x1(n);
    for (auto i = 0; i < n; ++i)
        x1.at(i) = (i + 1) * 10;
    std::cout << "x1: ";  output1(x1);
    vectorInt x2(n, 42);
    vectorInt x3(x2);
    x2.at(0) = -1;
    std::cout << "x2: ";  output1(x2);
    std::cout << "x3: ";  output1(x3);
}
void test2() {
    const vectorInt  x(5, 42);
    vectorInt y;
    y.assign(x);

    std::cout << "x: ";  output2(x);
    std::cout << "y: ";  output2(y);
}

// 使用xx.at()+循环输出vectorInt对象数据项

void output1(const vectorInt& vi) {
    if (vi.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
    std::cout << vi.at(0);
    for (auto i = 1; i < vi.size(); ++i)
        std::cout << ", " << vi.at(i);
    std::cout << '\n';
}
// 使用迭代器+循环输出vectorInt对象数据项
void output2(const vectorInt& vi) {
    if (vi.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
    auto it = vi.begin();
    std::cout << *it;
    for (it = vi.begin() + 1; it != vi.end(); ++it)
        std::cout << ", " << *it;
    std::cout << '\n';
}

问题一：主要差异在于内存管理和异常安全方面，

　　ptr = new int[n];如果这里new抛出异常，对象将处于无效状态

 　　v.assign(v); 自赋值：版本2会先删除自己的内存，然后访问已删除的数据

问题二：

　　1、将当前对象的指针转化为常量指针，转换前是vectorInt* const this,转换后是

const vectorInt* this,转换目的是调用常量成员函数，避免代码重复，实现成对函数，

在常量上下文中使用

　　2、移除引用类型的常量性，转换前是const int&，转换后是int&，目的是实现常

量重载模式、修改mutable成员变量、兼容遗留代码

问题三：

　　非const，const

问题四：

　　可以
  　　std::fill_n(ptr, n, value)：将ptr开始的n个元素都设置为value
  　　std::copy_n(v1.ptr, v1.n, ptr)：从v1.ptr复制v1.n个元素到ptr
  　　std::copy_n(v1.ptr, v1.n, ptr_tmp)：从v1.ptr复制v1.n个元素到临时缓冲区ptr_tmp

任务四：

#pragma once
// 类Matrix声明
class Matrix {
public:
    Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0); // 构造rows_*cols_矩阵对象, 初值value
    Matrix(int rows_, double value = 0);
    // 构造rows_*rows_方阵对象, 初值value
    Matrix(const Matrix& x);
    ~Matrix();
    void set(const double* pvalue, int size);   // 按行复制pvalue指向的数据，要求size = rows * cols, 否则报错退出
    void clear();   // 矩阵对象数据项置0
    const double& at(int i, int j) const;   // 返回矩阵对象索引(i,j)对应的数据项const引用（越界则报错后退出）
    double& at(int i, int j);   // 返回矩阵对象索引(i,j)对应的数据项引用（越界则报错后退出）
    int rows() const;   // 返回矩阵对象行数
    int cols() const;   // 返回矩阵对象列数
    void print() const;   // 按行打印数据
private:
    int n_rows;
    int n_cols;
    double* ptr;
};

#include<iostream>
#include"matrix.hpp";

Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value) :n_rows{ rows_ }, n_cols{ cols_ } {
    if (rows_ <= 0 || cols_ <= 0) {
        throw std::invalid_argument("矩阵的行数、列数应为正整数");
    }
    ptr = new double[n_rows * n_cols];
    for (int i = 0; i < n_cols * n_rows; i++) {
        ptr[i] = value;
    }
}
Matrix::Matrix(int rows_, double value) :n_rows{ rows_ }, n_cols{ rows_ } {
    if (rows_ <= 0) {
        throw std::invalid_argument("矩阵的行数、列数应为正整数");
    }
    ptr = new double[n_rows * n_cols];
    for (int i = 0; i < n_cols * n_rows; i++) {
        ptr[i] = value;
    }
}
Matrix::Matrix(const Matrix& x) :n_rows{ x.n_rows }, n_cols{ x.n_cols } {
    ptr = new double[n_cols * n_rows];
    std::memcpy(ptr, x.ptr, n_rows * n_cols * sizeof(double));
}

Matrix::~Matrix() {};

void Matrix::set(const double* pvalue, int size) {
    if (n_cols * n_rows != size) {
        throw std::invalid_argument("请检查Size大小");
    }
    std::memcpy(ptr, pvalue, size * sizeof(double));
}

void Matrix::clear() {
    for (int i = 0; i < n_rows * n_cols; i++) {
        ptr[i] = 0.0;
    }
}

const double& Matrix::at(int i, int j)const {
    if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) {
        throw std::out_of_range("访问越界，访问失败");
    }
    return ptr[i * n_cols + j];
}

double& Matrix::at(int i, int j) {
    if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) {
        throw std::out_of_range("访问越界，访问失败");
    }
    return ptr[i * n_cols + j];
}

int Matrix::rows()const {
    return n_rows;
}

int Matrix::cols()const {
    return n_cols;
}

void Matrix::print()const {
    for (int i = 0; i < n_rows; i++) {
        for (int j = 0; j < n_cols; j++) {
            std::cout << at(i, j) << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;
}

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "matrix.hpp"
// 矩阵对象内元素行数
// 矩阵对象内元素列数
// 数据区
void test1();
void test2();
void output(const Matrix& m, int row_index);
int main() {
    std::cout << "测试1: \n";
    test1();

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

void test1() {
    double x[1000] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
    int n, m;
    std::cout << "Enter n and m: ";
    std::cin >> n >> m;
    Matrix m1(n, m);
    m1.set(x, n * m);
    Matrix m2(m, n);
    m2.set(x, m * n);
    Matrix m3(n);
    m3.set(x, n * n);
    // 创建矩阵对象m1, 大小n×m
     // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值
    // 创建矩阵对象m2, 大小m×n
     // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值
    // 创建一个n×n方阵对象
    // 用一维数组x的值按行为矩阵m3赋值
    std::cout << "矩阵对象m1: \n";   m1.print();
    std::cout << "矩阵对象m2: \n";   m2.print();
    std::cout << "矩阵对象m3: \n";   m3.print();
}
void test2() {
    Matrix m1(2, 3, -1);
    const Matrix m2(m1);
    std::cout << "矩阵对象m1: \n";   m1.print();
    std::cout << "矩阵对象m2: \n";   m2.print();
    m1.clear();
    m1.at(0, 0) = 1;
    std::cout << "m1更新后: \n";
    std::cout << "矩阵对象m1第0行 "; output(m1, 0);
    std::cout << "矩阵对象m2第0行: "; output(m2, 0);
}
// 输出矩阵对象row_index行所有元素
void output(const Matrix& m, int row_index) {
    if (row_index < 0 || row_index > m.rows()) {
        std::cerr << "IndexError: row index out of range\n";
        std::exit(1);
    }
    std::cout << m.at(row_index, 0);
    for (int j = 1; j < m.cols(); ++j)
        std::cout << ", " << m.at(row_index, j);
    std::cout << '\n';
}

任务五：

#include <iostream>
#include <string>
// 联系人类
class Contact {
public:
    Contact(const std::string& name_, const std::string& phone_);
    const std::string& get_name() const;
    const std::string& get_phone() const;
    void display() const;
private:
    std::string name;
    // 必填项
    std::string phone;   // 必填项
};
Contact::Contact(const std::string& name_, const std::string& phone_) :name{ name_ },
phone{ phone_ } {
}
const std::string& Contact::get_name() const {
    return name;
}
const std::string& Contact::get_phone() const {
    return phone;
}
void Contact::display() const {
    std::cout << name << ", " << phone;
}

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "contact.hpp"
// 通讯录类
class ContactBook {
public:
    void add(const std::string& name, const std::string& phone); // 添加联系人
    void remove(const std::string& name); // 移除联系人
    void find(const std::string& name) const; // 查找联系人
    void display() const; // 显示所有联系人
    size_t size() const;
private:
    int index(const std::string& name) const;  // 返回联系人在contacts内索引，如不存在，返回 - 1
    void sort(); // 按姓名字典序升序排序通讯录
private:
    std::vector<Contact> contacts;
};
 
void ContactBook::add(const std::string& name, const std::string& phone) {
    if (index(name) == -1) {
        contacts.push_back(Contact(name, phone));
        std::cout << name << " add successfully.\n";
        sort();
        return;
    }
    std::cout << name << " already exists. fail to add!\n";
}

void ContactBook::remove(const std::string& name) {
    int i = index(name);
    if (i == -1) {
        std::cout << name << " not found, fail to remove!\n";
        return;
    }
    contacts.erase(contacts.begin() + i);
    std::cout << name << " remove successfully.\n";
}
void ContactBook::find(const std::string& name) const {
    int i = index(name);
    if (i == -1) {
        std::cout << name << " not found!\n";
        return;
    }
    contacts[i].display();
    std::cout << '\n';
}
void ContactBook::display() const {
    for (auto& c : contacts) {
        c.display();
        std::cout << '\n';
    }
}
size_t ContactBook::size() const {
    return contacts.size();
}
     // 待补足1：int index(const std::string &name) const;实现
    // 返回联系人在contacts内索引; 如不存在，返回-1
int ContactBook::index(const std::string& name) const {
    for (const auto &i : contacts) {
        if (i.get_name() == name) {
            return 1;
        }
    }
    return -1;
}
     // 待补足2：void ContactBook::sort() 按姓名字典序升序排序通讯录
void ContactBook::sort() {
    std::sort(contacts.begin(), contacts.end(), [](const Contact& a, const Contact& b) {
        return a.get_name() < b.get_name();
        });
}

#include "contactBook.hpp"
#include<iostream>
void test() {
    ContactBook contactbook;
    std::cout << "1. add contacts\n";
    contactbook.add("Bob", "18199357253");
    contactbook.add("Alice", "17300886371");
    contactbook.add("Linda", "18184538072");
    contactbook.add("Alice", "17300886371");
    std::cout << "\n2. display contacts\n";
    std::cout << "There are " << contactbook.size() << " contacts.\n";
    contactbook.display();
    std::cout << "\n3. find contacts\n";
    contactbook.find("Bob");
    contactbook.find("David");
    std::cout << "\n4. remove contact\n";
    contactbook.remove("Bob");
    contactbook.remove("David");
}
int main() {
    test();
}