实验三
实验任务一
代码
button.hpp
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#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";
}
window.hpp
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#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;
}
task1.cpp
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#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();
}
结果
问题1：是。
问题2：（1）外部程序可以直接使用，更方便灵活；降低安全性。
（2）用户确实需要、不易破坏使用public，仅为内部实现细节使用private。
问题3：接口1直接返回内部字符串的引用，无额外内存分配，时间复杂度为O(1)，时间快；安全性低，内部数据可能会被修改。
接口2时间成本更大，但安全性较高，内部数据不会被修改。
问题4：是，第一种：至少一次构造 + 一次拷贝/移动，可能产生不必要的临时对象。第二种只有一次构造，零拷贝/移动，直接在目标位置构造。
实验任务二
代码
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#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:";
output2(v2);
v1.at(0)=-1;
std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n";
std::cout<<"v1:";
output1(v1);
std::cout<<"v2:";
output2(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: ";
output3(v1);
std::cout << "v2: ";
output3(v2);
}
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';
}
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';
}
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v)
{
if(v.size()==0)
{
std::cout<<'\n';
return;
}
for(auto &i:v)
{
output2(i);
}
}
结果
问题1：默认构造，复制构造。都是5个。
问题2：2，2，3.
问题3：能。v1.at(0)：越界抛出 std::out_of_range ，适合不确定索引的情况v1[0]：越界是未定义行为，需要程序员自己保证安全。
问题4：（1）不能，因为他是输出v1[0]中的3而不是-1.
（2）节省内存，无额外的内存分配和释放操作。只读操作，无法修改数据。
问题5：（1）深复制
（2）int,const int。是。
实验任务三
代码
vectorInt.hpp
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#pragma once
#include <iostream>
#include <cstdlib>
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;
int *ptr;
};
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;
}
task3.cpp
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#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);
}
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';
}
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';
}
结果
问题1：v.assign(v) 会导致访问已释放内存，内存分配失败时对象状态被破坏，操作要么完全成功，要么对象状态不变，在获得新资源前就释放旧资源。
问题2：（1）static_cast<const vectorInt*>(this) 的目的是在非常量成员函数中临时将this转换为常量指针，以便调用常量成员函数并实现代码复用。
（2）安全地移除const限定符，将常量引用转换为非常量引用，const int&，int&，移除const限定符，将常量引用转换回非常量引用，以匹配非常量成员函数的返回类型。
问题3：（1）需要非常量时使用非const，需要常量时使用const，非const适配需要修改数据元素，const适配只读操作。
问题4：可以，将 ptr 指向的内存块的前 n 个元素都赋值为 value；从 vi.ptr 复制 vi.n 个元素到 ptr；在 assign 方法中，将源对象的元素复制到临时内存块。
实验任务四
代码
matrix.hpp
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#pragma once
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdlib>
class Matrix {
public:
Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0);
Matrix(int rows_, double value = 0);
Matrix(const Matrix &x);
~Matrix();
void set(const double *pvalue, int size);
void clear();
const double& at(int i, int j) const;
double& at(int i, int j);
int rows() const;
int cols() const;
void print() const;
private:
int n_rows;
int n_cols;
double *ptr;
};
matrix.cpp
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#include "matrix.hpp"
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cstdlib>
Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value):n_rows{rows_},n_cols{cols_},ptr{new double[rows_ * cols_]}
{
std::fill_n(ptr,n_rows*n_cols,value);
}
Matrix::Matrix(int rows_, double value):n_rows{rows_},n_cols{rows_},ptr{new double[rows_ * rows_]}
{
std::fill_n(ptr,n_rows*n_cols,value);
}
Matrix::Matrix(const Matrix &x):n_rows{x.n_rows},n_cols{x.n_cols},ptr{new double[x.n_rows * x.n_cols]}
{
std::copy_n(x.ptr, n_rows * n_cols, ptr);
}
Matrix::~Matrix()
{
delete[] ptr;
}
void Matrix::set(const double *pvalue, int size)
{
if(size!=n_rows*n_cols)
{
std::cerr<<"Wrong\n";
std::exit(1);
}
std::copy_n(pvalue, size, ptr);
}
int Matrix::rows() const
{
return n_rows;
}
int Matrix::cols() const
{
return n_cols;
}
void Matrix::clear()
{
std::fill_n(ptr,n_rows*n_cols,0);
}
const double& Matrix::at(int i, int j) const
{
if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols)
{
std::cerr<<"Wrong\n";
std::exit(1);
}
return ptr[i * n_cols + j];
}
double& Matrix::at(int i, int j)
{
if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols)
{
std::cerr<<"Wrong\n";
std::exit(1);
}
return ptr[i * n_cols + j];
}
void Matrix::print() const
{
for (auto i = 0; i < n_rows; ++i)
{
std::cout << at(i, 0);
for (auto j = 1; j < n_cols; ++j)
{
std::cout << ", " << at(i, j);
}
std::cout << '\n';
}
}
task4.cpp
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#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "matrix.hpp"
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);
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);
}
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";
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';
}
结果
实验任务五
代码
contact.hpp
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#pragma once
#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;
}
contactBook.hpp
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# 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(int i=0;i<contacts.size();i++)
{
if(contacts[i].get_name()==name)
{
return i;
}
}
return -1;
}
// 待补足2：void ContactBook::sort();实现
// 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();});
}
task5.cpp
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#include "contactBook.hpp"
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();
}
结果
浙公网安备 33010602011771号