实验1

一、实验目的

体验标准库：通过使用 string，vector，algorithm 等组件，体验现代 C++ 标准库编程的便捷与高效。
组合运用：灵活组合使用现代 C++ 基础语言特性和标准库，编程解决基础问题。
培养编码素养：在编码过程中关注代码表达，提升代码的安全性、可读性和可维护性。
理解模板：通过使用函数模板，初步理解泛型编程的思想和优势。

二、实验准备

系统浏览了教材第 2 章（C++语言简单程序设计）、第 3 章（函数）以及第 9 章 9.1.1 节（函数模板），构建了现代 C++ 基础语言特性的全局认知。
通过 cppreference 和菜鸟教程等工具网站，学习了 string、vector 等标准库组件以及 sort、reverse 等算法工具的基本用法。

三、实验内容与结论

task1.cpp

// 现代C++标准库、算法库体验
// 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);
}

运行结果：

问题1：reverse 和 reverse_copy 有什么区别？
答：reverse 会原地反转区间内的元素，直接修改原容器；而 reverse_copy 会将反转后的结果复制到另一个目标容器中，原容器保持不变。
问题2：rotate 算法是如何改变元素顺序的？它的三个参数分别代表什么？
答：rotate 将区间 [first, middle) 内的元素移动到 [middle, last) 元素的后面，从而实现循环移位。三个参数分别是：first（起始迭代器）、middle（要移动的分界点迭代器）、last（结束迭代器）。

task2.cpp

#include <iostream>
#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;
}

运行结果：

问题1：generate 算法的作用是什么？
答：遍历指定的迭代器区间，依次调用传入的生成器函数（第三个参数），将函数的返回值赋给区间内的每一个元素。
问题2：minmax_element 和分别调用 min_element、max_element 相比，有什么优势？
答：minmax_element 只需要遍历一次区间就能同时找到最小值和最大值，返回一个 pair 对象；而分开调用需要遍历两次，因此 minmax_element 效率更高。
问题3：查询 generate 第3个参数 {return std::rand()%101;} 用法，与使用自定义函数相比，lambda 表达式适用场景是什么？
答：Lambda 表达式适用于逻辑简单、仅在局部使用一次、不需要复用的短小函数。它可以直接写在调用处，使代码更加紧凑可读，而自定义函数更适合逻辑复杂、需要多处复用的场景。

task3.cpp

#include <iostream>
#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';
}

运行结果：

问题1：自定义函数 func 功能是什么？
答：将小写字母 z 变成 a，大写字母 Z 变成 A，其他字母转换成它的下一个字母（如 a 变 b），非字母字符保持不变。
问题2：tolower 和 toupper 功能分别是什么？
答：tolower 用于将大写字母转换为小写字母；toupper 用于将小写字母转换为大写字母。
问题3：transform 的4个参数意义分别是什么？如果把第3个参数 s2.begin() 改成 s1.begin()，有何区别？
答：四个参数分别是：源区间起始迭代器、源区间结束迭代器、目标区间起始迭代器、操作函数。改成 s1.begin() 后，结果会直接覆盖在原字符串 s1 上，实现原地修改，s2 不会发生变化。

task4.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>

// 严格区分大小写的回文判断
bool is_palindrome(const std::string &s) {
    int i = 0;
    int j = s.length() - 1;
    while (i < j) {
        if (s[i] != s[j]) {
            return false;
        }
        i++;
        j--;
    }
    return true;
}

// 不区分大小写的回文判断
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
    std::string t;
    t.reserve(s.size());
    for (unsigned char c : s) {
        t.push_back(static_cast<char>(std::tolower(c)));
    }
    return is_palindrome(t);
}

int main() {
    using namespace std;
    string s;
    // 多组输入，直到按下 Ctrl+Z (Windows) 或 Ctrl+D (Mac/Linux) 结束
    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;
}

运行结果：

问题：使用 cin >> s 输入时，输入的字符串中不能包含空格。如果希望测试字符串包含空格（如 hellooop），代码应如何调整？
答：将 cin >> s 替换为 getline(cin, s)，这样可以读取包含空格的一整行字符串。（注：如果前面有 cin >> x 等操作，需要先用 cin.ignore(numeric_limits<streamsize>::max(), '\n'); 清除缓冲区里的回车符）。

task5.cpp

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

// 函数声明，默认参数 n=2 只能在声明或定义中出现一次
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;
}

// 函数定义
std::string dec2n(int x, int n) {
    if (x == 0) return "0";
    
    const char digits[] = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    std::string result;
    
    while (x > 0) {
        result.push_back(digits[x % n]);
        x /= n;
    }
    
    // 逆序输出
    std::reverse(result.begin(), result.end());
    return result;
}

运行结果：

task6.cpp

#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    // 1. 打印表头小写字母 a-z
    // 预留两个空格，对应下面行号的位置
    std::cout << "  "; 
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; ++c) {
        std::cout << " " << c; // 每个字母前加一个空格，保证对齐
    }
    std::cout << "\n";

    // 2. 打印 1-26 行
    for (int i = 1; i <= 26; ++i) {
        // 打印行号，宽度为2，右对齐（如 " 1" 或 "10"）
        std::cout << std::setw(2) << i;
        
        // 打印 26 个大写字母
        for (int j = 0; j < 26; ++j) {
            // 每个字母前加一个空格，字母通过取模实现循环
            std::cout << " " << char('A' + (i + j) % 26);
        }
        std::cout << "\n";
    }
    return 0;
}

运行结果：

task7.cpp

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

int main() {
    // 设置随机数种子，确保每次运行题目不同
    std::srand(std::time(0));
    int correct_count = 0;

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        int a = std::rand() % 10 + 1; // 生成 1-10
        int b = std::rand() % 10 + 1; // 生成 1-10
        int op = std::rand() % 4;     // 0:+, 1:-, 2:*, 3:/
        
        int answer = 0;
        char ch;

        if (op == 0) {
            ch = '+';
            answer = a + b;
        } else if (op == 1) {
            ch = '-';
            // 减法：保证第一个操作数 >= 第二个操作数
            if (a < b) std::swap(a, b); 
            answer = a - b;
        } else if (op == 2) {
            ch = '*';
            answer = a * b;
        } else {
            ch = '/';
            // 除法：保证第一个操作数能被第二个整除
            while (a < b || a % b != 0) {
                a = std::rand() % 10 + 1;
                b = std::rand() % 10 + 1;
            }
            answer = a / b;
        }

        // 重点修改：加上空格，严格对齐截图格式 "8 / 2 = "
        std::cout << a << " " << ch << " " << b << " = ";
        
        int user_answer;
        std::cin >> user_answer;

        if (user_answer == answer) {
            correct_count++;
        }
    }

    // 计算并输出正确率，保留两位小数
    double rate = correct_count * 100.0 / 10;
    std::cout << "正确率：" << std::fixed << std::setprecision(2) << rate << "%\n";

    return 0;
}

运行结果：

四、实验总结

通过本次实验，我收获颇丰：

体会到了标准库的便捷与高效：以前处理数组反转、排序需要手动写循环，现在调用 algorithm 库中的 reverse、sort、rotate 等算法，一行代码即可完成，极大提升了开发效率，也让我理解了“基于接口编程”的意义。
初步掌握了泛型编程的思想：通过使用 vector、string 以及编写函数模板 output，我明白了模板可以让同一套代码适配不同的数据类型，减少代码冗余。
动手解决实际问题的能力得到提升：任务 4 到任务 7 锻炼了我的综合编程能力。在任务 4 中我学会了用 getline 处理带空格的字符串；在任务 6 中，我使用嵌套循环和 ASCII 码运算，配合 <iomanip> 中的 setw 成功输出了对齐的字母表；在任务 7 中，我掌握了使用 rand() 和 srand(time(0)) 生成随机数，并严谨处理了减法和除法的特殊边界条件，最终实现了带正确率统计的算术测评程序。

posted @ 2026-10-20 14:35 ccmtxwbdhym 阅读(4) 评论(0) 收藏举报

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实验1

一、实验目的

二、实验准备

三、实验内容与结论

四、实验总结

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