OOP-实验1

实验任务1

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// 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);
}

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• 问题1：reverse和reverse_copy有什么区别？

• 回答：reverse有两个参数，此函数将原对象反转，原对象值改变；reverse_copy有三个参数，此函数将原对象反转，并赋值给目标对象，原对象值不改变，目标对象值改变。

• 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？

• 回答：rotate算法将元素循环左移或右移；其第一个参数代表原范围的起始位置，第二个参数代表目标范围的起始位置，第三个参数代表原范围的终止位置。

实验任务2

源代码task2.cpp

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#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));
    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;
    // 创建一个动态数组对象v0, 对象大小为10
    vector<int> v0(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;
}

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• 问题1：generate算法的作用是什么？

• 回答：generate算法以给定的生成函数为容器的某个范围进行赋值。

• 问题2：minmax_element和分别调用min_element、max_element相比，有什么优势？

• 回答：其一，前者只需要一行代码即可实现功能，而后者需要两行代码，相比之下，前者的代码简洁性强；其二，从代码执行的角度上来看，前者在一次遍历中同时找到了最大值和最小值，而后者总共遍历了两次，相比之下，前者的时间复杂度更低，代码执行效率更高。

• 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
  generate_random_number相比，lambda表达式适用场景是什么？

• 回答：相比之下，lambda表达式更适合用于替代自定义函数代码量不大、使用频率不高的场景。

实验任务3

源代码task3.cpp

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#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';
}

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• 问题1：自定义函数func功能是什么？

• 回答：对输入的字符进行如下操作，若该字符不是字母，则忽略操作；若该字符为字母'z'或'Z'，则对应替换为'a'或'Z'；若该字符为非'z'和'Z'的字母，替换为该字符的下一个字符。

• 问题2：tolower和toupper功能分别是什么？

• 回答：tolower将原字符转换为对应小写字母，若原字符不是字母则忽略；toupper将原字符转换为对应大写字母，若原字符不是字母则忽略。

• 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？

• 回答：transform的4个参数分别代表原字符串的首尾范围、转换后字符串的起始位置、转换函数。如果把第3个参数s2.begin()改成s1.begin()，则原字符串被转换后的字符串所覆盖。

实验任务4

源代码task4.cpp

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

bool is_palindrome(const std::string &s);
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s);

int main()
{
    using namespace std;
    string s;
    // 多组输入，直到按下Ctrl+Z结束测试
    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";
    }
}

// 函数is_palindrome定义
bool is_palindrome(const std::string &s)
{
    std::string reversed_s = s;
    std::reverse(reversed_s.begin(), reversed_s.end());
    return s == reversed_s;
}

// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s)
{
    std::string lower_s;
    for (auto ch : s)
    {
        lower_s += std::tolower(ch);
    }
    std::string reversed_s = lower_s;
    std::reverse(reversed_s.begin(), reversed_s.end());
    return lower_s == reversed_s;
}

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• 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hello oop），代码应如何调整？

• 回答：将cin >> s替换为getline(cin, s)。

实验任务5

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

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";
    }
}

// 函数dec2n定义
std::string dec2n(int x, int n)
{
    if (n < 2 || n > 36 || x < 0)
        return "";
    if (x == 0)
        return "0";
    std::string result;
    while (x > 0)
    {
        int r = x % n;
        if (r < 10)
            result += static_cast<char>('0' + r);
        else
            result += static_cast<char>('A' + r - 10);
        x /= n;
    }
    std::reverse(result.begin(), result.end());
    return result;
}

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实验任务6

源代码task6.cpp

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#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>

int main()
{
    std::string s;
    int len = 26;
    std::cout << "  ";
    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        char ch = static_cast<char>('a' + i);
        std::cout << std::setw(2) << ch;
        s += std::toupper(ch);
    }
    std::cout << '\n';
    for (int i = 1; i <= len; i++)
    {
        std::cout << std::setw(2) << i;
        for (int j = 0; j < len; j++)
        {
            std::cout << std::setw(2) << s[(i + j) % len];
        }
        std::cout << '\n';
    }
    return 0;
}

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实验任务7

源代码task7.cpp

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#include <iostream>
#include <ctime>
#include <iomanip>

bool calculate();

int main()
{
    std::srand(static_cast<unsigned int>(std::time(0)));
    int cur = 0, total = 10;
    for (int i = 0; i < total; i++)
    {
        if (calculate())
            cur++;
    }
    std::cout << "正确率：" << std::fixed << std::setprecision(2) << cur / static_cast<double>(total) * 100 << "%" << '\n';
    return 0;
}

bool calculate()
{
    std::string operators = "+-*/";
    int ind = rand() % 4;
    int b = rand() % 10 + 1;
    int a, result;
    if (ind == 0)
    {
        a = rand() % 10 + 1;
        result = a + b;
    }
    else if (ind == 1)
    {
        a = rand() % (10 - b + 1) + b;
        result = a - b;
    }
    else if (ind == 2)
    {
        a = rand() % 10 + 1;
        result = a * b;
    }
    else
    {
        a = b * (rand() % (10 / b) + 1);
        result = a / b;
    }
    std::cout << ' ' << a << ' ' << operators[ind] << ' ' << b << " = ";
    int answer;
    std::cin >> answer;
    return answer == result;
}

运行测试截图

实验总结

• 认识reverse_copy、rotate、generate、min_element、max_element、minmax_element、isalpha这些函数的用法及实例。

• 思考并分析调用minmax_element和分别调用min_element、max_element的区别，知悉前者的优势。

• 通过后四个实验任务，提高直接调用已有函数的能力。