实验1

任务1

• 源代码：

// 本例用到以下内容:
// 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>

// 模板函数声明
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();
}

// 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 << '\n';
}

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

    string s2(s0.size(), ' ');
    // 将s0反转后结果拷贝到s2, 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[v1.begin(), v1.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[v1.begin(), v1.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[v1.begin(), v1.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：
  

• 观察与思考：
  （1）reverse是原地操作，直接在原容器上将元素顺序反转，会修改原容器内容。而reverse_copy将反转后的结果拷贝到另一个目标容器中，原容器保持不变。
  （2）rotate通过将区间[a,c]以b为分割点分成两段，然后交换这两段位置。
  三个参数：a代表区间的起始迭代器，b代表新的首元素位置（即分割点），该位置的元素旋转后成为区间第一个元素，c代表旋转区间的结束迭代器（不包含该位置元素）

实验2

• 源代码：

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

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

int generate_random_number();
void test1();
void test2();

int main() {
    std::srand(std::time(0));    // 添加随机种子
    std::cout << "测试1: \n";
    test1();

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

// 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 << '\n';
}

// 返回[0, 100]区间内的一个随机整数
int generate_random_number() {
    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);  // 创建一个动态数组对象v0, 对象大小为10
    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()); // 对整个vector排序
    cout << "v1: "; output(v1);

    vector<int> v2{v0};
    sort(v2.begin()+1, v2.end()-1); // 只对中间部分排序，不包含首尾元素
    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);

    // 求最大值和最小值
    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;

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

    // 求平均值
    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;
}

• 运行测试截图：

• 观察与思考：
  （1）它的主要作用是将某个函数产生的值，依次填充到指定范围内的每一个元素中。
  （2）减少遍历次数，一次调用即可获取最小和最大元素，避免重复写遍历逻辑。
  （3）基本等同，但 Lambda 写法更现代、更简洁。

实验3：

• 源代码：

#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';
}

• 运行测试截图：
  

• 观察与思考：
  （1）func功能是自定义字符变换规则。
  （2）tolower：大写字母转小写，其余字符不变。toupper：小写字母转大写，其余字符不变。
  （3）s1.begin()：源字符串的起始位置。s1.end()：源字符串的结束位置。s2.begin()：结果写入的目标起始位置。func：对每个字符执行的变换函数。
  改成s1.begin()后变换结果会覆盖s1，内容改变。

实验4：

• 源代码：

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

    // 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) << "\n"
             << "不区分大小写: " << is_palindrome_ignore_case(s) << "\n\n";
    }
    return 0;
}
bool is_palindrome(const std::string &s) {
    int left = 0;
    int right = s.length() - 1;
    while (left < right) {
        if (s[left] != s[right]) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
    int left = 0;
    int right = s.length() - 1;
    while (left < right) {
        if (tolower(s[left]) != tolower(s[right])) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}

• 运行测试截图：
• 观察与思考：
  用getline(cin, s)，读取整行，包括空格。

实验5：

• 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";
    }
    return 0;
}

std::string dec2n(int x, int n) {
    if (x == 0) {
        return "0";
    }
    const std::string chars = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";   
    std::string result = "";
    while (x > 0) {
        int remainder = x % n;           
        result.push_back(chars[remainder]); 
        x /= n;                   
    }
    std::reverse(result.begin(), result.end());
    return result;
}

• 运行测试截图：

实验六:

• 源代码：

#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    std::cout << "  "; 
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; c++) {
        std::cout << c;
    }
    std::cout << "\n";
    for (int i = 1; i <= 26; i++) {
        std::cout << std::setw(2) << i; 
        for (int j = 0; j < 26; j++) {
            char cipher_char = 'A' + (i + j) % 26;
            std::cout << cipher_char;
        }
        std::cout << "\n";
    }

    return 0;
}

• 运行测试截图：

实验七：

• 源代码：

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

using namespace std;

int main() {
    srand(time(0));

    int correct = 0;

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        int op = rand() % 4;
        int a = rand() % 10 + 1;
        int b = rand() % 10 + 1;
        int ans = 0;
        char op_char;

        if (op == 0) {
            ans = a + b;
            op_char = '+';
        } else if (op == 1) {
            if (a < b) swap(a, b);
            ans = a - b;
            op_char = '-';
        } else if (op == 2) {
            ans = a * b;
            op_char = '*';
        } else if (op == 3) {
            b = rand() % 10 + 1;
            int max_q = 10 / b;
            int q = rand() % max_q + 1;
            a = b * q;
            ans = q;
            op_char = '/';
        }

        cout << a << " " << op_char << " " << b << " = ";
        int user_ans;
        cin >> user_ans;

        if (user_ans == ans) {
            correct++;
        }
    }

    double rate = (correct / 10.0) * 100;
    cout << "正确率: " << fixed << setprecision(2) << rate << "%" << endl;

    return 0;
}

• 运行测试截图：