实验三

#任务1

##代码

#include "window.hpp"
#include <iostream>

void test(){
    Window w("Demo");
    w.add_button("add");
    w.add_button("remove");
    w.add_button("modify");
    w.add_button("add");
    w.display();
    w.close();
}

int main() {
    std::cout << "�������ģ���GUI:\n";
    test();
}

#pragma once

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "button.hpp"

// ������
class Window{
public:
    Window(const std::string &title_);
    void display() const;
    void close();
    void add_button(const std::string &label);
    void click_button(const std::string &label);

private:
    bool has_button(const std::string &label) const;

private:
    std::string title;
    std::vector<Button> buttons;
};

Window::Window(const std::string &title_): title{title_} {
    buttons.push_back(Button("close"));
}

inline void Window::display() const {
    std::string s(40, '*');
    std::cout << s << std::endl;
    std::cout << "window : " << title << std::endl;
    int cnt = 0;
    for(const auto &button: buttons)
        std::cout << ++cnt << ". " << button.get_label() << std::endl;
    std::cout << s << std::endl;
}

inline void Window::close() {
    std::cout << "close window '" << title << "'" << std::endl;
    click_button("close");
}

inline bool Window::has_button(const std::string &label) const {
    for(const auto &button: buttons)
        if(button.get_label() == label)
            return true;
    
    return false;
}

inline void Window::add_button(const std::string &label) {
    if(has_button(label))
        std::cout << "button " << label << " already exists!\n";
    else
        buttons.push_back(Button(label));
}

inline void Window::click_button(const std::string &label) {
    for(auto &button:buttons)
        if(button.get_label() == label) {
            button.click();
            return;
        }
            
    std::cout << "no button: " << label << std::endl;
}

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>

class Button {
public:
    Button(const std::string &label_);
    const std::string& get_label() const;
    void click();

private:
    std::string label;
};

Button::Button(const std::string &label_): label{label_} {
}

inline const std::string& Button::get_label() const {
    return label;
}

inline void Button::click() {
    std::cout << "Button '" << label << "' clicked\n";
}

##运行测试截图

##问题回答

问题1：是组合关系

问题2：

（1）优点：允许类的外部使用者直接判断窗口中是否存在某个标签的按钮，增加了接口的灵活性。

        风险：破坏了类的 “封装性”。若后续修改Window内部存储按钮的方式，has_button的实现逻辑可能需同步修改，此时所有依赖该公有接口的外部代码都会受到影响，增加了代码维护成本和耦合度

（2）是否属于内部实现细节：若函数逻辑与类的内部数据结构强绑定，修改内部结构可能导致函数逻辑变化，则属于实现细节，应设为private


         是否可能破坏对象状态：若函数存在直接修改内部私有成员或绕过安全校验的风险，需设为privaye


问题3：接口1仅返回对象内部label成员的引用，无需创建新的string对象，无内存拷贝开销，性能高效，接口2会创建label成员的临时副本，将副本返回给调用者，存在string对象的拷贝构造和析构开销

             接口1通过const修饰限制了外部修改，接口2返回的是临时副本，外部修改副本不会影响，都安全

问题4：可正常运行

            本质是对象构造时机和拷贝移动开销不同：
            push_back(Button(xxx))：先在函数参数位置创建一个临时的Button对象（调用Button的构造函数），再将该临时对象拷贝或移动到vector的内存空间中，最后销毁临时对象，存在 “临时对象构造 + 拷贝 / 移动” 的开销
            emplace_back(xxx)：直接在vector预留的内存空间中调用Button的构造函数（将xxx作为构造函数参数），直接创建Button对象，无需创建临时对象，也无拷贝 / 移动开销，效率更高

#任务2

##代码

#include <iostream>
#include <vector>

void test1();
void test2();
void output1(const std::vector<int> &v);
void output2(const std::vector<int> &v);
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v);

int main() {
    std::cout << "�����֤1: ��׼��vector<int>\n";
    test1();

    std::cout << "\n�����֤2: ��׼��vector<int>Ƕ��ʹ��\n";
    test2();
}

void test1() {
    std::vector<int> v1(5, 42);
    const std::vector<int> v2(v1);

    std::cout << "**********���������**********\n";
    std::cout << "v1: "; output1(v1);
    std::cout << "v2: "; output1(v2);
    
    v1.at(0) = -1;

    std::cout << "**********�޸�v1[0]��**********\n";
    std::cout << "v1: "; output1(v1);
    std::cout << "v2: "; output1(v2); 
}

void test2() {
    std::vector<std::vector<int>> v1{{1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}};
    const std::vector<std::vector<int>> v2(v1);

    std::cout << "**********���������**********\n";
    std::cout << "v1: "; output3(v1);
    std::cout << "v2: "; output3(v2);

    v1.at(0).push_back(-1);

    std::cout << "**********�޸�v1[0]��**********\n";
    std::cout << "v1: \n";  output3(v1);
    std::cout << "v2: \n";  output3(v2);
}

// ʹ��xx.at()+ѭ�����vector<int>������
void output1(const std::vector<int> &v) {
    if(v.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
    
    std::cout << v.at(0);
    for(auto i = 1; i < v.size(); ++i)
        std::cout << ", " << v.at(i);
    std::cout << '\n';  
}

// ʹ�õ�����+ѭ�����vector<int>������
void output2(const std::vector<int> &v) {
    if(v.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
    
    auto it = v.begin();
    std::cout << *it;

    for(it = v.begin()+1; it != v.end(); ++it)
        std::cout << ", " << *it;
    std::cout << '\n';
}

// ʹ��auto for�������vector<vector<int>>������
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) {
    if(v.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }

    for(auto &i: v)
        output2(i);
}

##运行测试截图

 ##问题回答

问题1：

        对于std::vector<int> v1(5, 42);：该行调用vector的带参构造函数，功能是创建一个包含 5 个元素的vector对象，且每个元素的初始值均为 42，因此 v1 包含 5 个值为 42 的数据项
        对于const std::vector<int> v2(v1);：该行调用vector的复制构造函数，功能是创建一个新的vector对象 v2，其元素完全复制 v1 的元素，因此 v2 同样包含 5 个值为 42 的数据项
问题2：v1.size() = 2 v2.size() = 2 v1[0].size() = 3

问题3：能实现同等效果

        核心区别：

            越界检查：at()会进行严格的索引越界检查，若索引小于 0 或大于等于vector的元素个数，会抛出out_of_range异常；而[]不进行越界检查，若索引越界，会访问非法内存，导致程序崩溃
             使用场景：追求安全性（如用户输入的不确定索引）时用at()；追求极致性能（如确定索引合法的循环遍历）时用[]
问题4：（1）能输出 - 1。v1.at(0)返回 v1 中第一个一维vector的引用，将该引用赋值给 r 后，r 与v1.at(0)指向同一个一维vector；执行push_back(-1)后，该一维vector的最后一个元素就是 - 1，而r.size() - 1正好是最后一个元素的索引，通过r.at(r.size() - 1)可访问到该元素

（2）优势：无需创建v1.at(0)对应一维vector的副本，仅占用引用变量的少量内存。限制：const修饰限制了 r 的权限，通过 r 无法修改其指向的一维vector

问题5：（1）深复制

 （2）当 v 是vector<int>（非const）时，v.at(0)返回int&，当 v 是const vector<int>（const）时，v.at(0)返回const int&，推断：at()必须提供带const修饰的重载版本

#任务3

##代码

#pragma once

#include <iostream>

// ��̬int���������
class vectorInt{
public:
    vectorInt();
    vectorInt(int n_);
    vectorInt(int n_, int value);
    vectorInt(const vectorInt &vi);
    ~vectorInt();
    
    int size() const;
    int& at(int index);
    const int& at(int index) const;
    vectorInt& assign(const vectorInt &vi);

    int* begin();
    int* end();
    const int* begin() const;
    const int* end() const;

private:
    int n;     // ��ǰ���������
    int *ptr;  // ������
};

vectorInt::vectorInt():n{0}, ptr{nullptr} {
}

vectorInt::vectorInt(int n_): n{n_}, ptr{new int[n]} {
}

vectorInt::vectorInt(int n_, int value): n{n_}, ptr{new int[n_]} {
    for(auto i = 0; i < n; ++i)
        ptr[i] = value;
}

vectorInt::vectorInt(const vectorInt &vi): n{vi.n}, ptr{new int[n]} {
    for(auto i = 0; i < n; ++i)
        ptr[i] = vi.ptr[i];
}

vectorInt::~vectorInt() {
    delete [] ptr;
}

int vectorInt::size() const {
    return n;
}

const int& vectorInt::at(int index) const {
    if(index < 0 || index >= n) {
        std::cerr << "IndexError: index out of range\n";
        std::exit(1);
    }

    return ptr[index];
}

int& vectorInt::at(int index) {
    if(index < 0 || index >= n) {
        std::cerr << "IndexError: index out of range\n";
        std::exit(1);
    }

    return ptr[index];
}

vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt &vi) { 
    if(this == &vi) 
        return *this;

    int *ptr_tmp;
    ptr_tmp = new int[vi.n];
    for(int i = 0; i < vi.n; ++i)
        ptr_tmp[i] = vi.ptr[i];
    
    delete[] ptr;
    n = vi.n;
    ptr = ptr_tmp;
    return *this;
}

int* vectorInt::begin() {
    return ptr;
}

int* vectorInt::end() {
    return ptr+n;
}

const int* vectorInt::begin() const {
    return ptr;
}

const int* vectorInt::end() const {
    return ptr+n;
}

include "vectorInt.hpp"
#include <iostream>

void test1();
void test2();
void output1(const vectorInt &vi);
void output2(const vectorInt &vi);

int main() {
    std::cout << "����1: \n";
    test1();

    std::cout << "\n����2: \n";
    test2();
}

void test1() {
    int n;
    std::cout << "Enter n: ";
    std::cin >> n;

    vectorInt x1(n);
    for(auto i = 0; i < n; ++i)
        x1.at(i) = (i+1)*10;
    std::cout << "x1: ";  output1(x1);

    vectorInt x2(n, 42);
    vectorInt x3(x2);
    x2.at(0) = -1;
    std::cout << "x2: ";  output1(x2);
    std::cout << "x3: ";  output1(x3);
}

void test2() {
    const vectorInt  x(5, 42);
    vectorInt y;

    y.assign(x);

    std::cout << "x: ";  output2(x);
    std::cout << "y: ";  output2(y);
}

// ʹ��xx.at()+ѭ�����vectorInt����������
void output1(const vectorInt &vi) {
    if(vi.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
        
    std::cout << vi.at(0);
    for(auto i = 1; i < vi.size(); ++i)
        std::cout << ", " << vi.at(i);
    std::cout << '\n';
}

// ʹ�õ�����+ѭ�����vectorInt����������
void output2(const vectorInt &vi) {
    if(vi.size() == 0) {
        std::cout << '\n';
        return;
    }
    
    auto it = vi.begin();
    std::cout << *it;

    for(it = vi.begin()+1; it != vi.end(); ++it)
        std::cout << ", " << *it;
    std::cout << '\n';
}

##运行测试截图

 

 ##问题回答

问题1：

自赋值导致的内存泄漏与崩溃：若vi与当前对象自赋值，版本 2 会先执行delete[] ptr释放当前对象的内存，随后执行ptr = new int[n]时，n = vi.n，最终导致内存分配异常或程序崩溃

问题2：

（1）static_cast<const vectorInt*>(this)
作用：将非const的this指针强制转换为const的this指针

转换前后类型：转换前this的类型是vectorInt*;转换后this的类型是const vectorInt*

转换目的：强制调用const版本的at()成员函数

(2) const_cast<int&>()

作用：移除const属性的强制类型转换

转换前后类型：转换前，const版本at()的返回类型是const int&；转换后，返回类型是int&

转换目的：匹配非const版本at()的返回值要求

问题3：编译器选择逻辑：根据调用者（this指针）的const属性匹配

重载版本使用场景总结：

非const版本begin()/end()：适配非const的vectorInt对象，返回非const指针（int*），允许通过指针修改对象内部的元素值（如*it1 = 10）

const版本begin()/end()：适配const的vectorInt对象，返回const指针（const int*），仅允许通过指针读取元素值，禁止修改（符合const对象 “只读不写” 的特性）

问题4：可以，

std::fill_n(ptr, n, value):连续对n个int类型的元素赋值为value

std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr):从源指针vi.ptr指向的内存地址开始，连续复制vi.n个int类型的元素，到目标指针ptr指向的内存地址

std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr_tmp):从源指针vi.ptr指向的内存地址开始，连续复制vi.n个int类型的元素，到临时指针ptr_tmp指向的内存地址

#任务4

##代码

#pragma once
// 类Matrix声明
class Matrix {
public:
    Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0); // 构造rows_*cols_矩阵，初值value
    Matrix(int rows_, double value = 0); // 构造rows_*rows_方阵，初值value
    Matrix(const Matrix &x); // 深复制拷贝构造
    ~Matrix(); // 析构函数，释放内存

    void set(const double *pvalue, int size); // 按行复制数据，size需等于rows*cols
    void clear(); // 矩阵元素全部置0
    const double& at(int i, int j) const; // const版本元素访问（越界报错）
    double& at(int i, int j); // 非const版本元素访问（越界报错）

    int rows() const; // 返回行数
    int cols() const; // 返回列数
    void print() const; // 按行打印矩阵

private:
    int n_rows; // 行数
    int n_cols; // 列数
    double *ptr; // 连续内存数据区，存储矩阵元素（按行优先存储）
};

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "matrix.hpp"

void test1();
void test2();
void output(const Matrix &m, int row_index); // 输出指定行的所有元素

int main() {
    std::cout << "测试1: \n";
    test1();

    std::cout << "\n测试2: \n";
    test2();

    return 0;
}

// 测试1：普通矩阵、方阵构造与set()赋值
void test1() {
    double x[1000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; // 测试数据

    int n, m;
    std::cout << "Enter n and m: ";
    std::cin >> n >> m;

    Matrix m1(n, m); // 构造n×m普通矩阵
    m1.set(x, n * m); // 按行赋值（x的前n×m个元素）

    Matrix m2(m, n); // 构造m×n普通矩阵
    m2.set(x, m * n); // 按行赋值

    Matrix m3(n); // 构造n×n方阵
    m3.set(x, n * n); // 按行赋值

    std::cout << "矩阵对象m1: \n"; m1.print();
    std::cout << "矩阵对象m2: \n"; m2.print();
    std::cout << "矩阵对象m3: \n"; m3.print();
}

// 测试2：深复制验证（拷贝构造后修改原对象，副本不受影响）
void test2() {
    Matrix m1(2, 3, -1); // 构造2×3矩阵，所有元素初值-1
    const Matrix m2(m1);  // 拷贝构造m2（深复制）

    std::cout << "矩阵对象m1: \n"; m1.print();
    std::cout << "矩阵对象m2: \n"; m2.print();

    m1.clear();          // m1清空（元素置0）
    m1.at(0, 0) = 1;     // 修改m1(0,0)为1

    std::cout << "m1更新后: \n";
    std::cout << "矩阵对象m1第0行: "; output(m1, 0);
    std::cout << "矩阵对象m2第0行: "; output(m2, 0); // m2应仍为-1，验证深复制
}

// 辅助函数：输出矩阵指定行的所有元素（越界会报错）
void output(const Matrix &m, int row_index) {
    if (row_index < 0 || row_index >= m.rows()) { // 行索引越界校验
        std::cerr << "IndexError: row index out of range\n";
        std::exit(1);
    }

    std::cout << m.at(row_index, 0); // 输出该行第一个元素
    for (int j = 1; j < m.cols(); ++j) {
        std::cout << ", " << m.at(row_index, j); // 后续元素加逗号分隔
    }
    std::cout << "\n";
}

#include "matrix.hpp"
#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;

Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value) : n_rows(rows_), n_cols(cols_) {
    if (rows_ <= 0 || cols_ <= 0) {
       cout << "行数/列数不能为负数！\n" << endl;
       ptr = nullptr;
       return ;
    }
    ptr = new double[rows_ * cols_];
    for (int i = 0; i < rows_ * cols_; ++i) {
        ptr[i] = value;
    }
}

Matrix::Matrix(int rows_, double value) : Matrix(rows_, rows_, value) {}
Matrix::Matrix(const Matrix &x) : n_rows(x.n_rows), n_cols(x.n_cols) {
    ptr = new double[n_rows * n_cols];
    for (int i = 0; i < n_rows * n_cols; ++i) {
        ptr[i] = x.ptr[i];
    }
}

Matrix::~Matrix() {
    delete[] ptr;
}

void Matrix::set(const double *pvalue, int size) {
    if (size != n_rows * n_cols) {
        cerr << "Error: Data size does not match matrix size!"<<endl;
        exit(1);
    }
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        ptr[i] = pvalue[i];
    }
}

void Matrix::clear() {
     fill(ptr,ptr + n_rows*n_cols,0.0);
}

const double& Matrix::at(int i, int j) const {
    if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) {
        cerr << "Error: Index (" << i << "," << j << ") out of range!\n";
        exit(1);
    }
    return ptr[i * n_cols + j];
}

double& Matrix::at(int i, int j) {
    if(i<0||j<0||i>=n_rows||j>=n_cols){
      cerr<<"indexWrong";
      exit(1);
      }
    return ptr[i*n_cols+j];
}

int Matrix::rows() const {
    return n_rows;
}

int Matrix::cols() const {
    return n_cols;
}

void Matrix::print() const {
    for (int i = 0; i < n_rows; ++i) {
        for (int j = 0; j < n_cols; ++j) {
            if (j > 0) {
                cout << ", ";
            }
            cout << at(i, j);
        }
        cout << endl;
    }
}

##运行测试截图

 

#任务5

##代码

#pragma once
#include <string>
#include <vector>

// 联系人类：存储单个联系人信息
class Contact {
public:
    Contact(const std::string& name, const std::string& phone, const std::string& email);
    std::string getName() const;
    std::string getPhone() const;
    std::string getEmail() const;
    void setPhone(const std::string& phone);
    void setEmail(const std::string& email);

private:
    std::string name;   // 姓名（唯一标识）
    std::string phone;  // 电话
    std::string email;  // 邮箱
};

// 通讯录类：管理联系人集合（组合关系：AddressBook has-a Contact）
class AddressBook {
public:
    void addContact(const Contact& contact);    // 添加联系人（去重）
    bool deleteContact(const std::string& name); // 删除联系人（按姓名）
    Contact* findContact(const std::string& name); // 查找联系人（按姓名）
    void showAllContacts() const;               // 显示所有联系人（排序后）

private:
    std::vector<Contact> contacts;  // 存储联系人的容器
    int findIndexByName(const std::string& name) const; // 私有工具：查找姓名对应的索引
};

#include <iostream>
#include <string>
#include "contact.hpp"
using namespace std;

// 显示菜单
void showMenu() {
    cout << "\n===== 简易通讯录系统 =====\n";
    cout << "1. 添加联系人\n";
    cout << "2. 删除联系人\n";
    cout << "3. 查找联系人\n";
    cout << "4. 显示所有联系人\n";
    cout << "0. 退出系统\n";
    cout << "==========================\n";
    cout << "请输入操作编号：";
}

int main() {
    AddressBook addrBook;
    int choice;
    string name, phone, email;

    while (true) {
        showMenu();
        cin >> choice;
        cin.ignore(); // 忽略输入编号后的换行符

        switch (choice) {
            case 1:
                // 添加联系人
                cout << "\n请输入联系人姓名："; getline(cin, name);
                cout << "请输入联系人电话："; getline(cin, phone);
                cout << "请输入联系人邮箱："; getline(cin, email);
                addrBook.addContact(Contact(name, phone, email));
                break;

            case 2:
                // 删除联系人
                cout << "\n请输入要删除的联系人姓名："; getline(cin, name);
                addrBook.deleteContact(name);
                break;

            case 3:
                // 查找联系人
                cout << "\n请输入要查找的联系人姓名："; getline(cin, name);
                Contact* found = addrBook.findContact(name);
                if (found) {
                    cout << "\n找到联系人：\n";
                    cout << "姓名：" << found->getName() << "\n";
                    cout << "电话：" << found->getPhone() << "\n";
                    cout << "邮箱：" << found->getEmail() << "\n";
                }
                break;

            case 4:
                // 显示所有联系人
                addrBook.showAllContacts();
                break;

            case 0:
                // 退出系统
                cout << "\n感谢使用，再见！\n";
                return 0;

            default:
                cout << "\n输入错误！请输入0-4之间的编号！\n";
                break;
        }
    }
}

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "contact.hpp"

// 通讯录类
class ContactBook {
public:
    void add(const std::string &name, const std::string &phone); // 添加联系人
    void remove(const std::string &name); // 移除联系人
    void find(const std::string &name) const; // 查找联系人
    void display() const; // 显示所有联系人
    size_t size() const;

private:
    int index(const std::string &name) const; // 返回联系人索引，不存在返回-1
    void sort(); // 按姓名字典序升序排序

private:
    std::vector<Contact> contacts;
};

void ContactBook::add(const std::string &name, const std::string &phone) {
    if (index(name) == -1) {
        contacts.push_back(Contact(name, phone));
        std::cout << name << " add successfully.\n";
        sort();
        return;
    }
    std::cout << name << " already exists. fail to add!\n";
}

void ContactBook::remove(const std::string &name) {
    int i = index(name);
    if (i == -1) {
        std::cout << name << " not found, fail to remove!\n";
        return;
    }
    contacts.erase(contacts.begin() + i);
    std::cout << name << " remove successfully.\n";
}

void ContactBook::find(const std::string &name) const {
    int i = index(name);
    if (i == -1) {
        std::cout << name << " not found!\n";
        return;
    }
    contacts[i].display();
    std::cout << '\n';
}

void ContactBook::display() const {
    for (auto &c : contacts) {
        c.display();
        std::cout << '\n';
    }
}

size_t ContactBook::size() const {
    return contacts.size();
}

// 补全：查找联系人索引
int ContactBook::index(const std::string &name) const {
    for (int i = 0; i < contacts.size(); i++) {
        if (contacts[i].get_name() == name) {
            return i; // 找到返回索引
        }
    }
    return -1; // 未找到返回-1
}

// 补全：按姓名字典序升序排序
void ContactBook::sort() {
    std::sort(contacts.begin(), contacts.end(), [](const Contact &a, const Contact &b) {
        return a.get_name() < b.get_name(); // 按姓名升序
    });
}

##运行测试截图