实验4 组合与继承
1. 实验任务1
GradeCalc.hpp
#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 };
GradeCalc.cpp
#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(); }
demo1.cpp
#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 }
运行结果截图
问题1：
std::string course_name;存储课程名称字符串
std::vector<int> grades; 存储整数类型的成绩数据
std::array<int,5> counts; 存储五个分数段的人数统计
std::array<double,5> rates; 存储五个分数段的占比
问题2：不合法。因为
push_back是std::vector<int>的成员函数，而在组合方式下，grades是GradeCalc类的私有成员，在类外部无法直接访问。问题3：(1)1次；is_dirty标记的作用是避免重复计算。
（2）(2) 需要。因为update_grade会修改成绩数据，从而改变统计信息。需要在update_grade函数中设置is_dirty = true。
问题4：在
info函数中增加中位数统计：
double median() {
if (grades.empty()) return 0.0;
std::vector<int> temp = grades;
std::sort(temp.begin(), temp.end());
int n = temp.size();
return n % 2 == 1 ? temp[n/2] : (temp[n/2-1] + temp[n/2]) / 2.0;
}
问题5：不能去掉。如果去掉，每次调用
compute时会在原有的counts和rates基础上累加，导致统计错误。问题6：(1) 对程序功能没有影响(2) 对性能有影响。没有预留空间时，
vector容量不足会重新分配内存，带来额外时间开销2. 实验任务2
GradeCalc.hpp
#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 };
GradeCalc.cpp
#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; }
demo2.cpp
#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：class GradeCalc: private std::vector<int>
问题2：不会。
问题3：组合方式通过成员对象grades访问数据。继承方式通过继承的基类接口访问数据。
问题4：组合方案更适合成绩计算场景。理由：组合可以更好地控制接口，成绩计算器不是一种特殊的向量，而是使用向量存储数据。
3. 实验任务3
Graph.hpp
#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
Graph.cpp
#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; } }
demo3.cpp
#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：(1) 组合关系：std::vector<Graph*> graphs; 存储图形对象的指针；功能：用于存储和管理多个图形对象。
（2）
class Circle: public Graph
class Triangle: public Graph
class Rectangle: public Graph
问题2：(1) 如果
draw不是虚函数，g->draw()将总是调用Graph类的draw函数，无法实现多态(2) 会出现对象切片问题，派生类对象被截断为基类对象，丢失特有数据和行为
(3) 通过基类指针删除派生类对象时，不会调用派生类的析构函数，导致资源泄漏
问题3：在
Graph.hpp中添加枚举值和类声明；在Graph.cpp中实现Star::draw()和转换逻辑；在make_graph中添加分支问题4：(1) 在
Canvas析构函数中通过delete g释放；（2）直接控制内存分配释放
4. 实验任务4
该系统模拟现实中的玩具工厂，能够管理不同类型的毛绒玩具。每个玩具具有独特的名称、类型、交互功能和特殊能力，系统可以展示所有玩具的信息并演示它们的特异功能。
Toy.hpp
#pragma once #include <string> #include <iostream> class Toy { public: Toy(const std::string& name, const std::string& type) : name_(name), type_(type) {} virtual ~Toy() = default; virtual void specialAbility() const = 0; virtual void display() const { std::cout << "玩具名称: " << name_ << ", 类型: " << type_; } protected: std::string name_; std::string type_; }; class BearToy : public Toy { public: BearToy(const std::string& name) : Toy(name, "熊") {} void specialAbility() const override { std::cout << "打招呼"; } }; class CatToy : public Toy { public: CatToy(const std::string& name) : Toy(name, "猫") {} void specialAbility() const override { std::cout << "喵喵叫"; } };
ToyFactory.hpp
#pragma once #include "Toy.hpp" #include <vector> class ToyFactory { public: void addToy(Toy* toy) { toys_.push_back(toy); } void displayAllToys() const { for (const auto& toy : toys_) { toy->display(); std::cout << ", 特异功能: "; toy->specialAbility(); std::cout << std::endl; } } ~ToyFactory() { for (auto toy : toys_) { delete toy; } } private: std::vector<Toy*> toys_; };
demo4.cpp
#include "ToyFactory.hpp" int main() { ToyFactory factory; factory.addToy(new BearToy("泰迪")); factory.addToy(new CatToy("汤姆")); factory.displayAllToys(); return 0; }
运行测试截图
浙公网安备 33010602011771号