实验4 组合与继承
实验1：
#pragma once #include <vector> #include <array> #include <string> class GradeCalc { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); // 录入n个成绩 void output() const; // 输出成绩 void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序) int min() const; // 返回最低分（如成绩未录入，返回-1) int max() const; // 返回最高分 （如成绩未录入，返回-1) double average() const; // 返回平均分 （如成绩未录入，返回0.0) void info(); // 输出课程成绩信息 private: void compute(); // 成绩统计 private: std::string course_name; // 课程名 std::vector<int> grades; // 课程成绩 std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100] std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段人数占比 bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更 };
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname):course_name{cname},is_dirty{true} { counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; std::exit(1); } grades.reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } grades.push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; // 设置脏标记：成绩信息有变更 } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: grades) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(grades.begin(), grades.end()); else std::sort(grades.begin(), grades.end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::min_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } int GradeCalc::max() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::max_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } double GradeCalc::average() const { if(grades.empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(grades.begin(), grades.end(), 0.0)/grades.size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"}; for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(grades.empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0.0); // 统计各分数段人数 for(auto grade:grades) { if(grade < 60) ++counts[0]; // [0, 60) else if (grade < 70) ++counts[1]; // [60, 70) else if (grade < 80) ++counts[2]; // [70, 80) else if (grade < 90) ++counts[3]; // [80, 90) else ++counts[4]; // [90, 100] } // 统计各分数段比例 for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / grades.size(); is_dirty = false; // 更新脏标记 }
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); std::cout << "*************成绩统计信息*************\n"; c1.info(); } int main() { test(); }
问题一：
std::vector<int> grades；存储该课程的所有成绩数据；
std::array<int, 5> counts；统计各分数段的人数；
std::array<double, 5> rates；统计各分数段人数的占比。
问题二：
不合法。
原因：push_back 是 std::vector<int> 的成员函数，而 grades 是 GradeCalc 的私有成员，外部无法直接访问 grades，因此不能通过 GradeCalc 对象直接调用 push_back。
问题三：
1次。用于标记成绩数据是否发生变更。只有当 is_dirty 为 true时，才会重新调用 compute 统计数据；否则直接使用已有统计结果，避免重复计算。
需要。新增 update_grade 会修改成绩数据，需在 update_grade 函数中设置 is_dirty = true，确保后续调用 info 时能触发 compute 重新统计。
问题四：
可在 info 函数中直接计算中位数。
std::vector<int> temp = grades; std::sort(temp.begin(), temp.end()); double median = 0.0; if (!temp.empty()) { size_t n = temp.size(); if (n % 2 == 1) { median = temp[n / 2]; } else { median = (temp[n/2 - 1] + temp[n/2]) / 2.0; } } std::cout << "中位数:" << std::fixed << std::setprecision(2) << median << std::endl;
问题五：
不能。若去掉，当多次调用 computer，counts 和 rates 会保留上一次的统计结果，导致新的统计数据与历史数据叠加，最终统计结果错误。
问题六：
无影响。reserve (n) 仅预分配内存，不影响 push_back 的功能，去掉后程序仍能正常录入成绩。
有影响。
问题二：
不会。
不合法，私有继承下，基类的成员在子类外部不可访问，无法通过 GradeCalc 对象直接调用基类的 push_back 接口。
问题三：
通过组合的成员变量（ grades）访问数据，接口由类主动暴露，需类提供访问方法。
通过自身（*this）访问数据，接口继承自基类，但私有继承下外部不可直接使用。
问题四：
组合方案更适合。成绩计算器的核心是 “管理成绩数据” 而非 “成为一个容器”，组合方式更符合 “has-a” 的逻辑，能更灵活地控制数据接口的暴露，同时降低类之间的耦合性，代码的可维护性和扩展性更好。
实验3：
#pragma once #include <string> #include <vector> enum class GraphType {circle, triangle, rectangle}; // Graph类定义 class Graph { public: virtual void draw() {} virtual ~Graph() = default; }; // Circle类声明 class Circle : public Graph { public: void draw(); }; // Triangle类声明 class Triangle : public Graph { public: void draw(); }; // Rectangle类声明 class Rectangle : public Graph { public: void draw(); }; // Canvas类声明 class Canvas { public: void add(const std::string& type); // 根据字符串添加图形 void paint() const; // 使用统一接口绘制所有图形 ~Canvas(); // 手动释放资源 private: std::vector<Graph*> graphs; }; // 4. 工具函数 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s); // 字符串转枚举类型 Graph* make_graph(const std::string& type); // 创建图形，返回堆对象指针
#include <algorithm> #include <cctype> #include <iostream> #include <string> #include "Graph.hpp" // Circle类实现 void Circle::draw() { std::cout << "draw a circle...\n"; } // Triangle类实现 void Triangle::draw() { std::cout << "draw a triangle...\n"; } // Rectangle类实现 void Rectangle::draw() { std::cout << "draw a rectangle...\n"; } // Canvas类实现 void Canvas::add(const std::string& type) { Graph* g = make_graph(type); if (g) graphs.push_back(g); } void Canvas::paint() const { for (Graph* g : graphs) g->draw(); } Canvas::~Canvas() { for (Graph* g : graphs) delete g; } // 工具函数实现 // 字符串 → 枚举转换 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s) { std::string t = s; std::transform(s.begin(), s.end(), t.begin(), [](unsigned char c) { return std::tolower(c);}); if (t == "circle") return GraphType::circle; if (t == "triangle") return GraphType::triangle; if (t == "rectangle") return GraphType::rectangle; return GraphType::circle; // 缺省返回 } // 创建图形，返回堆对象指针 Graph* make_graph(const std::string& type) { switch (str_to_GraphType(type)) { case GraphType::circle: return new Circle; case GraphType::triangle: return new Triangle; case GraphType::rectangle: return new Rectangle; default: return nullptr; } }
#include <string> #include "Graph.hpp" void test() { Canvas canvas; canvas.add("circle"); canvas.add("triangle"); canvas.add("rectangle"); canvas.paint(); } int main() { test(); }
问题一：
std::vector<Graph*> graphs;
存储多个图形对象的指针，用于统一管理不同图形实例。
class Circle : public Graph { class Triangle : public Graph { class Rectangle : public Graph {
问题二：
若 Graph 的 draw 未声明为虚函数：Canvas::paint () 中 g->draw () 会调用基类 Graph 的空实现，而非各子类的 draw，无法实现多态。
若 vector<Graph*> 改为 vector<Graph>：会发生 “对象切片”，子类对象存入容器时会被截断为基类对象，丢失子类特性，无法调用子类 draw。
若～Graph () 未声明为虚函数：删除基类指针指向的子类对象时，仅会调用基类析构函数，子类资源无法释放，导致内存泄漏。
问题三：
Graph.hpp：
在 GraphType 枚举中添加 star；声明 class Star : public Graph {public: void draw (); };。
Graph.cpp：
在 str_to_GraphType 函数中添加 if (t == "star") return GraphType::star;；在 make_graph 的 switch 中添加 case GraphType::star: return new Star;。
问题四：
make_graph 返回的对象在 Canvas 的析构函数中被释放，通过 delete g 遍历 graphs 释放每个指针。
利：实现简单，直接控制对象生命周期；
弊：需手动管理内存，易出现内存泄漏（如忘记 delete）、悬空指针等问题，代码安全性低。
实验4：
#pragma once #include <string> #include <vector> // 毛绒玩具基类 class Toy { protected: std::string name; // 玩具名称 std::string type; // 玩具类型（如“毛绒熊”） int price; // 价格 public: Toy(const std::string& n, const std::string& t, int p) : name(n), type(t), price(p) {} virtual ~Toy() = default; // 特异功能（虚函数，子类重写） virtual void specialFunction() const = 0; // 获取玩具信息 std::string getName() const { return name; } std::string getType() const { return type; } int getPrice() const { return price; } }; // 发声玩具（继承Toy） class SoundToy : public Toy { private: std::string sound; // 发声内容 public: SoundToy(const std::string& n, const std::string& t, int p, const std::string& s) : Toy(n, t, p), sound(s) {} void specialFunction() const override; }; // 发光玩具（继承Toy） class LightToy : public Toy { private: std::string lightColor; // 发光颜色 public: LightToy(const std::string& n, const std::string& t, int p, const std::string& c) : Toy(n, t, p), lightColor(c) {} void specialFunction() const override; }; // 声光玩具（继承Toy） class SoundLightToy : public Toy { private: std::string sound; std::string lightColor; public: SoundLightToy(const std::string& n, const std::string& t, int p, const std::string& s, const std::string& c) : Toy(n, t, p), sound(s), lightColor(c) {} void specialFunction() const override; }; // 玩具工厂类（组合一组Toy） class ToyFactory { private: std::string factoryName; std::vector<Toy*> toys; // 组合：管理多个玩具 public: ToyFactory(const std::string& name) : factoryName(name) {} ~ToyFactory(); // 添加玩具 void addToy(Toy* toy); // 展示所有玩具信息并调用特异功能 void showAllToys() const; };
#include "Toy.hpp" #include <iostream> // 发声玩具的特异功能 void SoundToy::specialFunction() const { std::cout << "【" << name << "】发出声音：" << sound << std::endl; } // 发光玩具的特异功能 void LightToy::specialFunction() const { std::cout << "【" << name << "】发出" << lightColor << "的光" << std::endl; } // 声光玩具的特异功能 void SoundLightToy::specialFunction() const { std::cout << "【" << name << "】发出" << lightColor << "的光，并播放：" << sound << std::endl; } // 玩具工厂析构：释放玩具资源 ToyFactory::~ToyFactory() { for (Toy* toy : toys) { delete toy; } } // 添加玩具到工厂 void ToyFactory::addToy(Toy* toy) { toys.push_back(toy); } // 展示所有玩具信息 void ToyFactory::showAllToys() const { std::cout << "===== " << factoryName << " 玩具列表 =====" << std::endl; for (const Toy* toy : toys) { std::cout << "名称：" << toy->getName() << " | 类型：" << toy->getType() << " | 价格：" << toy->getPrice() << "元" << std::endl; toy->specialFunction(); // 统一调用特异功能 std::cout << "------------------------" << std::endl; } }
#include "Toy.hpp" #include <iostream> void test() { // 创建玩具工厂 ToyFactory factory("快乐玩具厂"); // 添加不同类型的玩具 factory.addToy(new SoundToy("音乐小熊", "毛绒熊", 99, "“你好呀~”")); factory.addToy(new LightToy("发光小兔", "毛绒兔", 129, "粉色")); factory.addToy(new SoundLightToy("声光恐龙", "毛绒恐龙", 199, "“ roar~”", "红色")); // 展示所有玩具信息 factory.showAllToys(); } int main() { test(); return 0; }
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