实验1 现代C++编程初体验

实验任务1：

源代码：

// 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);
 }

运行测试截图：

 

 

观察与思考：

1.reverse 和 reverse_copy 有什么区别？

答：

reverse 会直接在原序列上进行反转操作，修改原容器内容。

reverse_copy 则会把反转后的结果复制到另一个容器中，原容器保持不变。

 

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 通过“旋转”区间内的元素实现整体左移或右移。

 

实验任务2：

源代码：

#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();
 // 添加随机种子
    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;
 }

运行测试截图：

 

 

观察与思考：

1.generate 算法的作用是什么？

答：generate 可以批量为区间中的每个元素赋值，通过调用一个生成函数（或 lambda 表达式）产生数据。

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

答：minmax_element 只需一次遍历即可同时找到最小值与最大值，效率更高，而单独调用 min_element 与 max_element 需要遍历两次。

3.把代码中函数generate_random_number 的声明（line13）和定义（line35-37）注释起来，把两处调用改成如下写法，观察效果是否等同？查阅c++中lambda表达式用法。

 // test1()模块和test2()模块：
  generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number); 
---->改成
  generate(v0.begin(), v0.end(), [](){return std::rand()%101;}); 

答：不等同。

 

实验任务3：

源代码：

 #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';
 }

运行测试截图：

 

 

观察与思考：

1.自定义函数func功能是什么？

答：func 用于将输入字符循环加一。

若是 'z' → 'a'，'Z' → 'A'；

若是字母则顺序加一（如 'b'→'c'）；

其他字符（空格、符号等）保持不变。

2.tolower和toupper功能分别是什么？

答：tolower 将大写字母转换为小写字母，toupper 将小写字母转换为大写字母。

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：

参数依次为：
① 输入区间起点；② 输入区间终点；③ 输出区间起点；④ 转换函数。

若将第 3 个参数改为 s1.begin()，则会在原字符串上原地修改，而不是将结果写入新的字符串。

 

实验任务4

 源代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>
using namespace std;

bool is_palindrome(const string &s) {
    string t = s;
    reverse(t.begin(), t.end());
    return s == t;
}

bool is_palindrome_ignore_case(const string &s) {
    string t1 = s, t2 = s;
    transform(t1.begin(), t1.end(), t1.begin(),
              [](unsigned char c){ return tolower(c); });
    reverse(t2.begin(), t2.end());
    transform(t2.begin(), t2.end(), t2.begin(),
              [](unsigned char c){ return tolower(c); });
    return t1 == t2;
}

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";
    }
}

 

运行测试截图：

 

 

观察与思考：
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？

答：使用getline(cin, s); 这样可以读取整行内容，包括空格。

 

实验任务5

源代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;

string dec2n(int x, int n = 2) {
    const string digits = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    if (x == 0) return "0";
    string result;
    while (x > 0) {
        result += digits[x % n];
        x /= n;
    }
    reverse(result.begin(), result.end());
    return result;
}

int main() {
    int x;
    while (cin >> x) {
        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";
    }
}

 

运行测试截图：

 

实验任务6

源代码：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main() {
    // 打印表头（小写 a-z）
    cout << "    ";
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; ++c) {
        cout << setw(2) << c;
    }
    cout << '\n';

    
    for (int i = 1; i <= 26; ++i) {
        cout << setw(2) << i << " ";
        for (int j = 0; j < 26; ++j) {
            // 列索引 j 对应字母 'a'+j
            // 移位为 i，所以使用 (j + i) % 26
            char ch = 'A' + ( (j + i) % 26 );
            cout << setw(2) << ch;
        }
        cout << '\n';
    }

    return 0;
}

 

运行测试截图：

 

 

实验任务7

源代码：

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

// 生成[min, max]区间的随机整数
int getRandomInt(int min, int max) {
    return rand() % (max - min + 1) + min;
}

int main() {
    // 设置随机种子，确保每次题目不同
    srand(static_cast<unsigned int>(time(0)));
    const int totalQuestions = 10;
    int correctCount = 0;

    std::cout << "===== 小学生算术测试（共" << totalQuestions << "题）=====\n";
    for (int i = 1; i <= totalQuestions; ++i) {
        int a, b, correctAns, userAns;
        char op;

        // 循环生成合法题目
        while (true) {
            a = getRandomInt(1, 10);
            b = getRandomInt(1, 10);
            int opType = rand() % 4; // 0:加, 1:减, 2:乘, 3:除

            if (opType == 0) {
                op = '+';
                correctAns = a + b;
                break;
            } else if (opType == 1) {
                op = '-';
                if (a >= b) {
                    correctAns = a - b;
                    break;
                }
            } else if (opType == 2) {
                op = '*';
                correctAns = a * b;
                break;
            } else {
                op = '/';
                if (a % b == 0) {
                    correctAns = a / b;
                    break;
                }
            }
        }

        // 输出题目并获取用户答案
        std::cout << a << " " << op << " " << b << " = ";
        std::cin >> userAns;

        // 判断答案并统计正确数
        if (userAns == correctAns) {
            correctCount++;
        }
    }

    // 计算并输出正确率
    double accuracy = static_cast<double>(correctCount) / totalQuestions * 100;
    std::cout << "\n===== 测试结束 =====\n";
    std::cout << "正确率: " << std::fixed << std::setprecision(2) << accuracy << "%\n";

    return 0;
}

 

运行测试截图：