实验六

实验任务一：

#pragma once
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>

struct Contestant {
    long   id;              // 学号
    std::string name;       // 姓名
    std::string major;      // 专业
    int    solved;          // 解题数
    int    penalty;         // 总罚时
};

// 重载<<
// 要求：姓名/专业里不含空白符
inline std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Contestant& c) {
    out << std::left;
    out << std::setw(15) << c.id
        << std::setw(15) << c.name
        << std::setw(15) << c.major
        << std::setw(10) << c.solved
        << std::setw(10) << c.penalty;

    return out;
}

// 重载>>
inline std::istream& operator>>(std::istream& in, Contestant& c) {
    in >> c.id >> c.name >> c.major >> c.solved >> c.penalty;

    return in;
}

contestant.hpp

#pragma once
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
#include <vector>
#include "contestant.hpp"

// ACM 排序规则：先按解题数降序，再按罚时升序
inline bool cmp_by_solve(const Contestant& a, const Contestant& b) {
    if(a.solved != b.solved)
        return a.solved > b.solved;
    
    return a.penalty < b.penalty;
}

// 将结果写至任意输出流
inline void write(std::ostream& os, const std::vector<Contestant>& v) {
    for (const auto& x : v) 
        os << x << '\n';
}

// 将结果打印到屏幕
inline void print(const std::vector<Contestant>& v) {
    write(std::cout, v);
}

// 将结果保存到文件
inline void save(const std::string& filename, const std::vector<Contestant>& v) {
    std::ofstream os(filename);
    if (!os) 
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    write(os, v);
}

// 从文件读取信息（跳过标题行）
inline std::vector<Contestant> load(const std::string& filename) {
    std::ifstream is(filename);
    if (!is) 
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    std::string line;
    std::getline(is, line);          // 跳过标题

    std::vector<Contestant> v;
    Contestant t;
    int seq;
    while (is >> seq >> t) 
        v.push_back(t);
        
    return v;
}

utils.hpp

1 #include <algorithm>
 2 #include <iostream>
 3 #include <stdexcept>
 4 #include <vector>
 5 #include "contestant.hpp"
 6 #include "utils.hpp"
 7 
 8 const std::string in_file = "./data.txt";
 9 const std::string out_file = "./ans.txt";
10 
11 void app() {
12     std::vector<Contestant> contestants;
13 
14     try {
15         contestants = load(in_file);                                      
16         std::sort(contestants.begin(), contestants.end(), cmp_by_solve); 
17         print(contestants);      
18         save(out_file, contestants);                         
19     } catch (const std::exception& e) {
20         std::cerr << e.what() << '\n';
21         return;
22     }
23 }
24 
25 int main() {
26     app();
27 }

task1.cpp

运行结果为：

问题一：

（1）std::cout 是 std::ostream 类型的标准输出流对象，std::ofstream 是文件输出流类，它继承自 std::ostream。由于 C++ 的多态特性，std::ofstream 对象可以向上转型为基类 std::ostream& 引用，因此 write() 函数能够同时接受这两种不同类型的对象作为实参。这就是面向对象编程中的 "is-a" 关系：文件输出流是一种输出流。

（2）如果要把结果写到其他也提供 std::ostream 接口的设备（如字符串流 std::ostringstream、网络流等），不需要改动 write() 函数。这正是代码复用的优势所在——通过设计接收基类引用的通用接口，任何派生自 std::ostream 的输出流对象都可以直接使用该函数，体现了面向对象设计的开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。

问题二：

（1）两处 throw 语句均在文件打开失败时抛出异常：第一处在 save() 函数中：当创建 std::ofstream 对象打开输出文件失败时；第二处在 load() 函数中：当创建 std::ifstream 对象打开输入文件失败时

（2）异常在 app() 函数中被 try-catch 块捕获。具体处理方式是：捕获到任何 std::exception 或其派生类的异常后，将异常信息（通过 e.what() 获取）输出到标准错误流 std::cerr，然后函数直接返回，终止程序继续执行。这种处理方式既向用户报告了错误（文件打开失败的具体原因），又避免了程序在文件不可用的情况下继续运行导致更严重的错误。

问题三：将 `cmp_by_solve` 替换为给出的 lambda 表达式完全可行，功能、性能和结果都完全一致。该 lambda 表达式与原始 `cmp_by_solve` 函数具有完全相同的逻辑：首先比较解题数，如果不等则按解题数降序排列（`a.solved > b.solved` 返回 `true` 时 `a` 排在 `b` 前面），如果解题数相等则按罚时升序排列（`a.penalty < b.penalty` 返回 `true` 时 `a` 排在 `b` 前面）。由于 lambda 表达式在编译期会被内联优化，性能上不会有任何损失，且排序结果也完全相同。这种写法更紧凑，特别适合在只使用一次的比较场景中直接内联定义，减少代码跳转和提高可读性。

问题四：

（1）将 `in_file` 改为 `"./data_bad.txt"` 后，如果文件内含空白行或字段缺失，程序可能会**正常编译但运行时出现不可预知的行为或崩溃。具体问题包括：读取到空白行时，`is >> seq >> t` 会失败但不会抛出异常，导致循环条件判断错误；字段缺失会导致 `operator>>` 无法正确读取所有数据，流状态变为失败，后续读取全部终止。程序不会直接报错，但可能生成不完整或错误的排序结果**，甚至可能输出空结果，且用户无法得知数据读取已失败。这是因为当前代码缺乏对读取失败的检查和异常处理，`load` 函数只检查文件能否打开，未验证数据读取的完整性，体现了代码健壮性的不足。

实验任务二：

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>

class Student {
public:
    Student() = default;
    ~Student() = default;
    
    const std::string& get_major() const { return major; }
    int get_grade() const { return grade; }
    
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s);
    friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Student& s);
    
    // 添加比较运算符重载
    bool operator<(const Student& other) const;
    
private:
    int id;
    std::string name;
    std::string major;
    int grade; // 0-100
};

#include "student.hpp"
#include <iomanip>

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s) {
    os << std::left;
    os << std::setw(10) << s.id
       << std::setw(15) << s.name
       << std::setw(15) << s.major
       << std::setw(10) << s.grade;
    return os;
}

std::istream& operator>>(std::istream& is, Student& s) {
    is >> s.id >> s.name >> s.major >> s.grade;
    return is;
}

bool Student::operator<(const Student& other) const {
    if (major != other.major)
        return major < other.major;
    return grade > other.grade; // 同专业按成绩降序
}

#pragma once
#include <string>
#include <vector>
#include "student.hpp"

class StuMgr {
public:
    void load(const std::string& file); // 加载文件
    void sort(); // 排序：按专业字典序升序，同专业成绩降序
    void print() const; // 打印到屏幕
    void save(const std::string& file) const; // 保存到文件

private:
    void write(std::ostream &os) const; // 把数据写到任意输出流

private:
    std::vector<Student> students;
};

#include "stumgr.hpp"
#include <fstream>
#include <algorithm>
#include <stdexcept>

void StuMgr::load(const std::string& file) {
    std::ifstream ifs(file);
    if (!ifs) {
        throw std::runtime_error("Error: cannot open file: " + file);
    }
    
    students.clear();
    std::string line;
    std::getline(ifs, line); // 跳过标题行
    
    Student s;
    int seq;
    while (ifs >> seq >> s) {
        students.push_back(s);
    }
}

void StuMgr::sort() {
    if (students.empty()) {
        std::cout << "Empty\n";
        return;
    }
    
    std::sort(students.begin(), students.end());
    std::cout << "排序已完成\n";
}

void StuMgr::write(std::ostream& os) const {
    os << std::left;
    os << std::setw(10) << "学号"
       << std::setw(15) << "姓名"
       << std::setw(15) << "专业"
       << std::setw(10) << "成绩" << "\n";
    
    for (const auto& s : students) {
        os << s << "\n";
    }
}

void StuMgr::print() const {
    if (students.empty()) {
        std::cout << "Empty\n";
        return;
    }
    write(std::cout);
}

void StuMgr::save(const std::string& file) const {
    if (students.empty()) {
        std::cout << "Empty\n";
        return;
    }
    
    std::ofstream ofs(file);
    if (!ofs) {
        throw std::runtime_error("Error: cannot open file: " + file);
    }
    
    write(ofs);
}

#include <iostream>
#include <limits>
#include <string>
#include "stumgr.hpp"

const std::string in_file = "../data.txt";
const std::string out_file = "../ans.txt";

void menu() {
    std::cout << "\n*************简易应用************\n"
              << "1. 加载文件\n"
              << "2. 排序\n"
              << "3. 打印到屏幕\n"
              << "4. 保存到文件\n"
              << "5. 退出\n"
              << "请选择: ";
}

void app() {
    StuMgr mgr;
    
    while (true) {
        menu();
        int choice;
        std::cin >> choice;
        
        // 清除输入缓冲区
        std::cin.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');
        
        try {
            switch (choice) {
                case 1:
                    mgr.load(in_file);
                    std::cout << "文件加载成功\n";
                    break;
                case 2:
                    mgr.sort();
                    break;
                case 3:
                    mgr.print();
                    break;
                case 4:
                    mgr.save(out_file);
                    std::cout << "文件保存成功: " << out_file << "\n";
                    break;
                case 5:
                    std::cout << "程序退出\n";
                    return;
                default:
                    std::cout << "无效选择，请重新输入\n";
                    break;
            }
        } catch (const std::exception& e) {
            std::cerr << e.what() << "\n";
        }
    }
}

int main() {
    app();
    return 0;
}

运行结果为：