实验3

Task1

(1)

#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";
}

#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;
};

Wondow::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;
}

#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();
}

（2）运行结果

 （3）回答问题

① 是组合关系。因为在Window类中std::vector<Button>buttons;

②a.优点：方便调用。

缺点：容易泄露。

b.看用户需求。需要直接调用的用public,需要防止数据的泄露用private。

③接口一比接口二的性能好，效率高，但接口二比接口一安全性好。

④可以正常运行，原来的写法是先构造一个临时Button对象，再将其拷贝到vector中，而改写的写法是直接在vector的内存空间中构造Button对象，省去了临时对象的创建和拷贝过程。

task2

(1)

#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);
 v1.at(0) = -1;
 std::cout << "**********拷贝构造后**********\n";
 std::cout << "v1: "; output1(v1);
 std::cout << "v2: "; output1(v2);
 std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n";
 std::cout << "v1: "; output1(v1);
 std::cout << "v2: "; output1(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: \n";  output3(v1);
 std::cout << "v2: \n";  output3(v2);
} 
 // 使用xx.at()+循环输出vector<int>数据项
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;
 }
 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
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) {
 if(v.size() == 0) {
 std::cout << '\n';
 return;
 }
 for(auto &i: v)
 output2(i);
}

 

(2)运行结果

 (3)回答问题

①第一行构造了一个包含5个元素的vector，每个元素值为42。第二行是用v1的内容创建一个新的vector v2。v1包含5个值为42的数据项，v2也有5个。

②v1.size()是2，v2.size()是2,v3.size()是3。

③可以实现同等效果，v1.at()=-1越界会报错，v1[0]=-1越界可能崩溃或数据错误。

④a.可以输出-1。

b.优势：数据的安全性强。劣势：只能读取，不能修改。

⑤a.是深复制。

    b.返回值分别为int类型、const int&类型。必须提供带const修饰的重载版本。

task3

（1）

#pragma once
 #include <iostream>
 // 动态int数组对象类
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::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;
}

 #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);
}
 // 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';
}

(2)运行结果

 （3）回答问题

①缺少返回值。

②a.static_cast<const vectorInt*>(this)的作用是将非const指针转换为const指针。

        转换前this的类型是非const指针，转换后是const指针。

　　转换目的：保护数据。

     b. const_cast<int&>的作用是将const引用转换为非const引用。

　　转换前的返回值类型为const int&，转换后为int&。

　　转换目的：使返回值可以修改。

③v1是非const版本，而v2是const版本。

　　第一个版本是要修改元素时使用，第二个版本是保护数据时使用。

④可行。第一行代码的功能是填充数组。

　　第二行代码的功能是复制数据到新对象。

　　第三行代码的功能是安全替换当前对象的数据。

task4

(1)

#pragma once
 // 类Matrix声明
class Matrix {
 public:
 Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0); // 构造rows_*cols_矩阵对象, 初值value
 Matrix(int rows_, double value = 0);    
// 构造rows_*rows_方阵对象, 初值value
 Matrix(const Matrix &x);    
~Matrix();
 // 深复制
void set(const double *pvalue, int size);   // 按行复制pvalue指向的数据，要求size=rows*cols,否则报错退出
void clear();   // 矩阵对象数据项置0
 const double& at(int i, int j) const;   // 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）
double& at(int i, int 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）
int rows() const;   // 返回矩阵对象行数
int cols() const;   // 返回矩阵对象列数
void print() const;   // 按行打印数据
private:
int n_rows;      //矩阵对象内元素行数
int n_cols;   // 矩阵对象内元素列数    
double *ptr;// 数据区 
};

#include "matrix.hpp"
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <cstring>

// 构造函数：rows_ × cols_ 矩阵
Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value) 
    : n_rows(rows_), n_cols(cols_), ptr(nullptr) {
    ptr = new double[n_rows * n_cols];
    for (int i = 0; i < n_rows * n_cols; ++i) {
        ptr[i] = value;
    }
}

// 构造函数：rows_ × rows_ 方阵
Matrix::Matrix(int rows_, double value) 
    : n_rows(rows_), n_cols(rows_), ptr(nullptr) {
    ptr = new double[n_rows * n_cols];
    for (int i = 0; i < n_rows * n_cols; ++i) {
        ptr[i] = value;
    }
}

// 拷贝构造函数（深拷贝）
Matrix::Matrix(const Matrix &x) 
    : n_rows(x.n_rows), n_cols(x.n_cols), ptr(nullptr) {
    if (x.ptr != nullptr) {
        ptr = new double[n_rows * n_cols];
        std::memcpy(ptr, x.ptr, n_rows * n_cols * sizeof(double));
    }
}

// 析构函数
Matrix::~Matrix() {
    delete[] ptr;
}

// 设置矩阵数据
void Matrix::set(const double *pvalue, int size) {
    if (pvalue != nullptr) {
        std::memcpy(ptr, pvalue, size * sizeof(double));
    }
}

// 清空矩阵（所有元素置0）
void Matrix::clear() {
    for (int i = 0; i < n_rows * n_cols; ++i) {
        ptr[i] = 0.0;
    }
}

// 常量元素访问
const double& Matrix::at(int i, int j) const {
    return ptr[i * n_cols + j];
}

// 非常量元素访问
double& Matrix::at(int i, int j) {
    return ptr[i * n_cols + j];
}

// 返回行数
int Matrix::rows() const {
    return n_rows;
}

// 返回列数
int Matrix::cols() const {
    return n_cols;
}

// 打印矩阵
void Matrix::print() const {
    for (int i = 0; i < n_rows; ++i) {
        std::cout << ptr[i * n_cols];
        for (int j = 1; j < n_cols; ++j) {
            std::cout << ", " << ptr[i * n_cols + j];
        }
        std::cout << '\n';
    }
}

#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);  // 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';
}

(2)运行结果

 task5

(1)

 #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;
}

#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 (size_t i = 0; i < contacts.size(); ++i) {
        if (contacts[i].get_name() == name) {
            return static_cast<int>(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();
        });
}

#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();
    return 0;
}

(2)运行结果