实验3
Task1
代码
Button.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
class Button
{
public:
Button(const std::string& label_);
const std::string& get_lab() const;
void click();
private:
std::string label;
};
inline const std::string& Button::get_lab() const {
return label;
}
inline void Button::click() {
std::cout << "Button '" << label << "' clicked\n";
}
Window.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>
#include "Button.h"
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;
};
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_lab() << 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_lab() == 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_lab() == label) {
button.click();
return;
}
std::cout << "no button: " << label << std::endl;
}
Button.cpp
#include "Button.h"
Button::Button(const std::string& label_) :label{ label_ } {
}
Window.cpp
task1.cpp
#include "Window.h"
#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();
}
运行截图
问题
问题1：这个范例中， Window 和 Button 是组合关系吗？
Window 和 Button是组合关系
原因：Button对象是Window的私有成员，即Button的存在依赖于Window的存在
问题2：bool has_button(const std::string &label) const; 被设计为私有。 思考并回答：
（1）若将其改为公有接口，有何优点或风险？
优点：能够直接从外部进行访问has_button()函数，增强代码可读性
缺点：暴露了其内部实现细节，违反了封装原则
（2）设计类时，如何判断一个成员函数应为 public 还是 private？（可从“用户是否需要”、“是否仅为内部实现
细节”、“是否易破坏对象状态”等角度分析。）
public部分的成员函数是给用户所使用，满足用户的需求，不会破坏对象的一致性
private部分的成员函数不给用户直接调用，以减少理解成本（不需要用户去理解内部细节），且避免了外部干扰对象状态
问题3：Button 的接口 const std::string& get_label() const; 返回 const std::string& 。对比以下
两种接口设计在性能和安全性方面的差异并精炼陈述。
接口1： const std::string& get_label() const;
接口2： const std::string get_label() const;
接口1：无需进行拷贝操作，减少内存消耗。可能破坏对象内部状态，安全性上存在一定的风险
接口2：需要进行拷贝操作，需要额外内存。不会修改对象内部的原始字符串，安全性能高
问题4：把代码中所有 xx.push_back(Button(xxx)) 改成 xx.emplace_back(xxx) ，观察程序是否正常运
行；查阅资料，回答两种写法的差别。
可以正常运行。
push_back()先构造临时对象，再进行移动或拷贝构造函数
emplace_back()直接创造Button对象，效率更高
Task2
代码
task2.cpp
#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();
}
//验证vector<int>的深复制
//拷贝后未修改原容器，仅展示拷贝结果
void test1() {
std::vector<int> v1(5, 42); //v1:42,42,42,42,42
const std::vector<int> v2(v1);
std::cout << "**********拷贝构造后**********\n";
std::cout << "v1: ";
output1(v1);
std::cout << "v2: ";
output1(v2);
}
//验证vector<vector<int>>的深复制
//拷贝后修改原容器的子vector，观察拷贝容器是否受影响
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
//v.at(i)—— 安全的元素访问方式（越界时会抛出out_of_range异常，比v[i]更安全）
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;
}
//*it：解引用迭代器，获取它指向的元素值
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
// 参数类型vector<vector<int>>：二维容器（容器的每个元素也是一个vector<int>）
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) {
if (v.size() == 0) {
std::cout << '\n';
return;
}
// 范围 for 循环for (auto& i : v)：遍历二维容器的每个元素（即每个子vector<int>）
// 用auto&而非auto：避免拷贝子vector，提高效率（auto会触发子容器的拷贝构造，没必要）
for (auto& i : v)
output2(i);
}
运行截图
问题
问题1：测试模块1中这两行代码分别完成了什么构造？ v1 、 v2 各包含多少个值为 42 的数据项？
构造函数和拷贝构造函数 v1和v2各包含5个42
问题2：测试模块2中这两行代码执行后, v1.size() 、 v2.size() 、 v1[0].size() 分别是多少？
2,2,3
问题3：测试模块1中，把 v1.at(0) = -1; 写成 v1[0] = -1; 能否实现同等效果？两种用法有何区别？
能实现相同的效果
v1.at(0) = -1使用时更加安全；v1[0] = -1使用时存在安全风险，但是性能更好
问题4：测试模块2中执行 v1.at(0).push_back(-1); 后
（1） 用以下两行代码，能否输出-1？为什么？
（2）r定义成用 const & 类型接收返回值，在内存使用上有何优势？有何限制？
（1）能输出，r引用的对象是v1.at(0)，两者使用的内存空间相同。
（2）节省空间，限制就是不能修改
问题5：观察程序运行结果，反向分析、推断：
（1） 标准库模板类 vector 的复制构造函数实现的是深复制还是浅复制？
（2） vector
vector
（1）深复制
（2）当 v 是 vector<int> 时， v.at(0) 返回值类型是int &;
当 v 是 const vector<int> 时， v.at(0) 返回值类型是const int &;
是
Task3
代码
VectorInt.h
#pragma once
#include <iostream>
//动态int数组对象
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.cpp
#include "VectorInt.h"
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
#include "VectorInt.h"
#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';
}
运行截图
问题
问题1：当前验证性代码中， vectorInt 接口 assign 实现是安全版本。如果把 assign 实现改成版本2，逐条指
出版本 2存在的安全隐患和缺陷。（提示：对比两个版本，找出差异化代码，加以分析）
版本2缺少自赋值检查，可能会造成对象状态异常
问题2：当前验证性代码中，重载接口 at 内部代码完全相同。若把非 const 版本改成如下实现，可消除重复并
遵循“最小化接口”原则（未来如需更新接口，只更新const接口，另一个会同步）。
（1） static_cast<const vectorInt*>(this) 的作用是什么？转换前后 this 的类型分别是什么？转换目
的？
类型转换
前： VectorInt* ，后： const VectorInt*
调用const int& at(int index) const函数，实现代码复用
（2） const_cast<int&> 的作用是什么？转换前后的返回类型分别是什么？转换目的？
移除const限制
前：const int & ， 后： int &
移除const限定符，实现了代码复用
问题3： vectorInt 类封装了 begin() 和 end() 的const/非const接口。
（1）以下代码片段，分析编译器如何选择重载版本，并总结这两种重载分别适配什么使用场景
v1调用了非const版本，v2调用了const版本。
const主要是对数据进行访问操作，不对数据进行修改，适合用于保护数据
非const主要是对数据进行修改
（2）拓展思考（选答*）：标准库迭代器本质上是指针的封装。 vectorInt 直接返回原始指针作为迭代器，这
种设计让你对迭代器有什么新的理解？
迭代器是对指针的封装，调用时其实是调用指针。
问题4：以下两个构造函数及 assign 接口实现，都包含内存块的赋值和复制操作。使用算法库
成如下写法是否可以？回答这3行更新代码的功能。
可以
第一个更新代码：从指针指向的地址开始，用n个value依次填充
第二个和第三个更新代码：将容器vi.ptr的vi.n个元素依次复制到容器ptr_tmp中
Task4
代码
Matrix.h
#pragma once
class Matrix
{
public:
//构造rows_*cols_矩阵对象，初始value=0
Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0);
//构造rows_*rows_方阵对象，初始value=0
Matrix(int rows_, double value = 0);
//深复制
Matrix(const Matrix& x);
~Matrix();
//按行复制pvalue指向的数据，要求size = rows*cols，否则报错退出
void set(const double* pvalue, int size);
//矩阵对象数据项置0
void clear();
// 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）
const double& at(int i, int j) const;
// 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）
double& at(int i, int j);
// 返回矩阵对象行数
int rows() const;
// 返回矩阵对象列数
int cols() const;
// 按行打印数据
void print() const;
private:
int n_rows; //矩阵对象中元素行数
int n_cols; //矩阵对象中元素列数
double* ptr; //数据区
};
Matrix.cpp
#include "Matrix.h"
#include <iostream>
//构造rows_*cols_矩阵对象，初始value=0
Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value) :n_rows{ rows_ }, n_cols{ cols_ } {
if (rows_ <= 0 || cols_ <= 0) {
std::cout << "错误：行数或列数必须为正整数！" << std::endl;
exit(1);
}
ptr = new double[n_rows * n_cols];
for (int i = 0; i < rows_ * cols_; ++i) {
ptr[i] = value;
}
}
//构造rows_*rows_方阵对象，初始value=0
Matrix::Matrix(int rows_, double value) :n_rows{ rows_ }, n_cols{ rows_ } {
if (rows_ <= 0) {
std::cout << "错误：行数或列数必须为正整数！" << std::endl;
exit(1);
}
ptr = new double[rows_ * rows_];
for (int i = 0; i < rows_ * rows_; ++i) {
ptr[i] = value;
}
}
//深复制
Matrix::Matrix(const Matrix& x) :n_rows{ x.n_rows }, n_cols{ x.n_cols } {
ptr = new double[n_rows * n_cols];
for (int i = 0; i < n_rows * n_cols; ++i) {
ptr[i] = x.ptr[i];
}
}
Matrix::~Matrix() {}
//按行复制pvalue指向的数据，要求size = rows*cols，否则报错退出
void Matrix::set(const double* pvalue, int size) {
if(size != n_rows * n_cols){
std::cout << "错误：矩阵大小有误！" << std::endl;
exit(1);
}
std::copy(pvalue, pvalue + size, ptr);
}
//矩阵对象数据项置0
void Matrix::clear() {
std::fill_n(ptr, n_rows * n_cols, 0);
}
// 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）
const double& Matrix::at(int i, int j) const {
if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) {
std::cout << "错误：越界！" << std::endl;
exit(1);
}
return ptr[i * n_cols + 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）
double& Matrix::at(int i, int j){
if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) {
std::cout << "错误：越界！" << std::endl;
exit(1);
}
return ptr[i * n_cols + j];
}
// 返回矩阵对象行数
int Matrix::rows() const{
return n_rows;
}
// 返回矩阵对象列数
int Matrix::cols() const{
return n_cols;
}
// 按行打印数据
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;
}
}
task4.cpp
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "Matrix.h"
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); // 创建矩阵对象m1, 大小n×m
m1.set(x, n * m); // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值
Matrix m2(m, n); // 创建矩阵对象m2, 大小m×n
m2.set(x, m * n); // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值
Matrix m3(n); // 创建一个n×n方阵对象
m3.set(x, n * n); // 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';
}
运行截图
Task5
代码
Contact.h
#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
};
ContactBook.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "Contact.h"
// 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;
};
Contact.cpp
#include "Contact.h"
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.cpp
#include "ContactBook.h"
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();
}
// 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 (auto i = 0; i < contacts.size(); ++i) {
if (contacts[i].get_name() == name) {
return static_cast<int>(i);
}
}
return -1;
}
// 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
#include "ContactBook.h"
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();
}
运行截图
浙公网安备 33010602011771号