实验4 组合与继承
实验任务1
源代码：
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname):course_name{cname},is_dirty{true} { counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; std::exit(1); } grades.reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } grades.push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; // 设置脏标记：成绩信息有变更 } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: grades) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(grades.begin(), grades.end()); else std::sort(grades.begin(), grades.end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::min_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } int GradeCalc::max() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::max_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } double GradeCalc::average() const { if(grades.empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(grades.begin(), grades.end(), 0.0)/grades.size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"}; for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(grades.empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0.0); // 统计各分数段人数 for(auto grade:grades) { if(grade < 60) ++counts[0]; // [0, 60) else if (grade < 70) ++counts[1]; // [60, 70) else if (grade < 80) ++counts[2]; // [70, 80) else if (grade < 90) ++counts[3]; // [80, 90) else ++counts[4]; // [90, 100] } // 统计各分数段比例 for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / grades.size(); is_dirty = false; // 更新脏标记 }
#pragma once #include <vector> #include <array> #include <string> class GradeCalc { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); // 录入n个成绩 void output() const; // 输出成绩 void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序) int min() const; // 返回最低分（如成绩未录入，返回-1) int max() const; // 返回最高分 （如成绩未录入，返回-1) double average() const; // 返回平均分 （如成绩未录入，返回0.0) void info(); // 输出课程成绩信息 private: void compute(); // 成绩统计 private: std::string course_name; // 课程名 std::vector<int> grades; // 课程成绩 std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100] std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段人数占比 bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更 };
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); std::cout << "*************成绩统计信息*************\n"; c1.info(); } int main() { test(); }
运行结果截图：
问题1：
答：
1. std::vector<int> grades; ：存储课程的所有成绩数据。
2. std::array<int, 5> counts; ：保存5个分数段的人数统计结果。
3. std::array<double, 5> rates; ：保存5个分数段的人数占比。
问题2：
答：不合法。 c.inupt(5) 是拼写错误（正确为 input ）； c.push_back(97) 非法，因为 grades 是私有成员，组合方式不暴露成员对象的接口，需通过 input 接口录入成绩。
问题3：
答:
（1）compute 被调用 1 次。is_dirty 标记成绩是否变更，仅当成绩变更（is_dirty 为 true）时才重新计算统计信息，避免重复计算，提升效率。
（2）不需要。新增update_grade时，只需在函数内设置is_dirty=true，info 调用时会自动触发 compute，符合原设计逻辑。
问题4：
答：无需新增数据成员，在average()函数旁新增median()函数，利用已有grades计算:
double GradeCalc::median() const {
if (grades.empty()) return 0.0;
std::vector<int> temp = grades; // 拷贝避免修改原数据
std::sort(temp.begin(), temp.end());
int size = temp.size();
return size % 2 == 1 ? temp[size/2] : (temp[size/2 - 1] + temp[size/2]) / 2.0;
}
问题5：
答：不能去掉。若去掉，当成绩变更后（如二次录入、排序），counts 和 rates 会保留上一次的统计结果，导致新统计结果叠加旧数据，出现错误。
问题6：
答：
（1）对功能无影响，程序仍能正常录入、处理成绩。
（2）性能有影响：当 n 较大时，grades 会频繁扩容，导致录入效率下降。
实验任务2：
源代码：
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname): course_name{cname}, is_dirty{true}{ counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; return; } this->reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } this->push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: *this) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(this->begin(), this->end()); else std::sort(this->begin(), this->end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(this->empty()) return -1; return *std::min_element(this->begin(), this->end()); } int GradeCalc::max() const { if(this->empty()) return -1; return *std::max_element(this->begin(), this->end()); } double GradeCalc::average() const { if(this->empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(this->begin(), this->end(), 0.0) / this->size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"}; for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(this->empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0); // 统计各分数段人数 for(int grade: *this) { if(grade < 60) ++counts[0]; // [0, 60) else if (grade < 70) ++counts[1]; // [60, 70) else if (grade < 80) ++counts[2]; // [70, 80) else if (grade < 90) ++counts[3]; // [80, 90) else ++counts[4]; // [90, 100] } // 统计各分数段比例 for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / this->size(); is_dirty = false; }
#pragma once #include <array> #include <string> #include <vector> class GradeCalc: private std::vector<int> { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); // 录入n个成绩 void output() const; // 输出成绩 void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序) int min() const; // 返回最低分 int max() const; // 返回最高分 double average() const; // 返回平均分 void info(); // 输出成绩统计信息 private: void compute(); // 计算成绩统计信息 private: std::string course_name; // 课程名 std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100] std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段占比 bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更 };
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); std::cout << "*************成绩统计信息*************\n"; c1.info(); } int main() { test(); }
运行截图截图：
问题1：
答：class GradeCalc: private std::vector<int> {
问题2：
答：基类接口不会自动成为 GradeCalc 的接口（因是私有继承）；c.push_back(97)编译不通过，私有继承仅允许派生类内部访问基类接口，外部无法直接调用。
问题3：
答：
组合方式：for(auto grade: grades)，通过私有成员变量直接访问，封装性强，外部无权限操作；
继承方式：for(int grade: *this)，通过派生类自身访问基类数据，私有继承下外部无法直接访问，内部可直接复用基类接口。
问题4：
答：组合方案更适合。理由：成绩计算器与 “成绩集合” 是 “has-a” 关系，组合方式封装性更强，不暴露内部存储细节，后续修改存储结构时，对外接口无需变更，可维护性更好。
实验任务3
源代码：
#include <algorithm> #include <cctype> #include <iostream> #include <string> #include "Graph.hpp" // Circle类实现 void Circle::draw() { std::cout << "draw a circle...\n"; } // Triangle类实现 void Triangle::draw() { std::cout << "draw a triangle...\n"; } // Rectangle类实现 void Rectangle::draw() { std::cout << "draw a rectangle...\n"; } // Canvas类实现 void Canvas::add(const std::string& type) { Graph* g = make_graph(type); if (g) graphs.push_back(g); } void Canvas::paint() const { for (Graph* g : graphs) g->draw(); } Canvas::~Canvas() { for (Graph* g : graphs) delete g; } // 工具函数实现 // 字符串 → 枚举转换 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s) { std::string t = s; std::transform(s.begin(), s.end(), t.begin(), [](unsigned char c) { return std::tolower(c);}); if (t == "circle") return GraphType::circle; if (t == "triangle") return GraphType::triangle; if (t == "rectangle") return GraphType::rectangle; return GraphType::circle; // 缺省返回 } // 创建图形，返回堆对象指针 Graph* make_graph(const std::string& type) { switch (str_to_GraphType(type)) { case GraphType::circle: return new Circle; case GraphType::triangle: return new Triangle; case GraphType::rectangle: return new Rectangle; default: return nullptr; } }
#pragma once #include <string> #include <vector> enum class GraphType {circle, triangle, rectangle}; // Graph类定义 class Graph { public: virtual void draw() {} virtual ~Graph() = default; }; // Circle类声明 class Circle : public Graph { public: void draw(); }; // Triangle类声明 class Triangle : public Graph { public: void draw(); }; // Rectangle类声明 class Rectangle : public Graph { public: void draw(); }; // Canvas类声明 class Canvas { public: void add(const std::string& type); // 根据字符串添加图形 void paint() const; // 使用统一接口绘制所有图形 ~Canvas(); // 手动释放资源 private: std::vector<Graph*> graphs; }; // 4. 工具函数 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s); // 字符串转枚举类型 Graph* make_graph(const std::string& type); // 创建图形，返回堆对象指针
#include <string> #include "Graph.hpp" void test() { Canvas canvas; canvas.add("circle"); canvas.add("triangle"); canvas.add("rectangle"); canvas.paint(); } int main() { test(); }
运行结果截图：
问题1：
答：
（1）组合关系：std::vector<Graph*> graphs;，功能是存储多个图形对象的指针，支持统一管理和绘制。
（2）继承关系：
问题2：
答：
（1）所有调用都执行基类Graph::draw()，因为非虚函数不支持动态绑定，仅根据指针类型调用。
（2）出现切片问题，派生类对象被截断为基类对象，无法调用派生类的draw()，多态失效。
（3）析构时仅调用基类~Graph()，派生类对象的资源无法释放，导致内存泄漏。
问题3：
答：
1.Graph.hpp：新增Star类声明（继承 Graph），更新GraphType枚举添加star；
2.Graph.cpp：实现Star::draw()，修改str_to_GraphType支持 "star" 转换，修改make_graph添加case GraphType::star: return new Star;；
3.demo3.cpp：在 test 中添加canvas.add("star");（可选，用于测试）
问题4：
答：
（1）在Canvas::~Canvas()中释放，通过遍历graphs调用delete释放每个图形对象。
（2）利：直接控制对象生命周期，灵活管理内存；
弊：易遗漏释放导致内存泄漏，手动管理成本高，易出错。
实验任务4：
源代码：
#pragma once #include <string> #include <vector> // 玩具基类 class Toy { public: Toy(const std::string& name, const std::string& type, int battery = 100); virtual ~Toy() = default; virtual void showInfo() const = 0; // 纯虚函数，强制派生类实现 std::string getName() const { return name; } std::string getType() const { return type; } int getBattery() const { return battery; } protected: std::string name; // 玩具名称 std::string type; // 玩具类型 int battery; // 电量（0-100） }; // 会唱歌的小熊 class SingingBear : public Toy { public: SingingBear(const std::string& name, const std::string& song); void showInfo() const override; private: std::string song; // 会唱的歌 }; // 会发光的兔子 class GlowingRabbit : public Toy { public: GlowingRabbit(const std::string& name, const std::string& color); void showInfo() const override; private: std::string glowColor; // 发光颜色 }; // 会说话的猫咪 class TalkingCat : public Toy { public: TalkingCat(const std::string& name, const std::vector<std::string>& sentences); void showInfo() const override; private: std::vector<std::string> sentences; // 会说的话 }; // 玩具工厂类 class ToyFactory { public: ~ToyFactory(); void addToy(Toy* toy); // 新增玩具 void showAllToys() const; // 显示所有玩具信息 private: std::vector<Toy*> toys; // 组合玩具指针集合 };
#include <iostream> #include <<iomanip> #include <vector> #include <string> #include "Toy.hpp" // Toy基类实现 Toy::Toy(const std::string& name, const std::string& type, int battery) : name(name), type(type), battery(battery) {} // SingingBear实现 SingingBear::SingingBear(const std::string& name, const std::string& song) : Toy(name, "毛绒小熊", 80), song(song) {} void SingingBear::showInfo() const { std::cout << "【玩具信息】" << std::endl; std::cout << "名称：" << getName() << std::endl; std::cout << "类型：" << getType() << std::endl; std::cout << "电量：" << getBattery() << "%" << std::endl; std::cout << "特异功能：会唱《" << song << "》" << std::endl; std::cout << "------------------------" << std::endl; } // GlowingRabbit实现 GlowingRabbit::GlowingRabbit(const std::string& name, const std::string& color) : Toy(name, "毛绒兔子", 90), glowColor(color) {} void GlowingRabbit::showInfo() const { std::cout << "【玩具信息】" << std::endl; std::cout << "名称：" << getName() << std::endl; std::cout << "类型：" << getType() << std::endl; std::cout << "电量：" << getBattery() << "%" << std::endl; std::cout << "特异功能：发出" << glowColor << "色光芒" << std::endl; std::cout << "------------------------" << std::endl; } // TalkingCat实现 TalkingCat::TalkingCat(const std::string& name, const std::vector<std::string>& sentences) : Toy(name, "毛绒猫咪", 70), sentences(sentences) {} void TalkingCat::showInfo() const { std::cout << "【玩具信息】" << std::endl; std::cout << "名称：" << getName() << std::endl; std::cout << "类型：" << getType() << std::endl; std::cout << "电量：" << getBattery() << "%" << std::endl; std::cout << "特异功能：会说"; for (size_t i = 0; i < sentences.size(); ++i) { std::cout << "\"" << sentences[i] << "\""; if (i != sentences.size() - 1) std::cout << "、"; } std::cout << std::endl; std::cout << "------------------------" << std::endl; } // ToyFactory实现 ToyFactory::~ToyFactory() { for (Toy* toy : toys) { delete toy; // 释放玩具对象 } } void ToyFactory::addToy(Toy* toy) { if (toy) { toys.push_back(toy); std::cout << "成功添加玩具：" << toy->getName() << std::endl; } } void ToyFactory::showAllToys() const { std::cout << "\n===== 玩具工厂所有玩具信息 =====" << std::endl; if (toys.empty()) { std::cout << "工厂暂无玩具！" << std::endl; return; } for (const Toy* toy : toys) { toy->showInfo(); } }
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include "Toy.hpp" int main() { ToyFactory factory; // 新增玩具 factory.addToy(new SingingBear("快乐小熊", "小星星")); factory.addToy(new GlowingRabbit("彩虹兔", "粉色")); factory.addToy(new TalkingCat("智慧猫", {"你好呀！", "我是小猫咪～", "一起玩呀！"})); // 展示所有玩具信息 factory.showAllToys(); return 0; }
运行结果截图：
浙公网安备 33010602011771号