实验1 现代C++编程初体验

任务1：

源代码task1.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
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);
}

运行结果截图：

关于reverse和reverse_copy的区别

reverse它会直接对容器（比如数组、`vector`等）中的元素进行原地反转操作，也就是说，操作之后，原来的容器里的元素顺序就被改变了，是在原容器上进行修改。

reverse_copy`：它不会改变原来的容器，而是会把原容器中元素反转后的结果复制到另一个指定的容器里。原容器的元素顺序保持不变，新的容器用来存放反转后的元素。

关于rotate算法

改变元素顺序的方式rotate算法的作用是将容器中的元素“旋转”。比如有元素序列[a,b,c,d,e]，如果把从某个位置开始的元素旋转到前面，就可能变成[c,d,e,a,b]这样的顺序（具体取决于旋转的位置）。它是通过将容器中一个区间的元素移动到另一个位置，从而整体改变元素的排列顺序。第一个参数表示容器中要进行旋转操作的起始位置的迭代器。第二个参数表示容器中旋转的“枢轴”位置的迭代器，也就是以这个位置为中心来进行旋转操作。第三个参数表示容器中要进行旋转操作的结束位置的迭代器（这个位置的元素不包含在旋转操作内）。

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)); // 添加随机种子
std::cout << "测试1: \n";
test1();
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;
}

运行结果截图

问题1：generate算法的作用是什么？

generate算法的作用是通过调用指定的生成函数，为容器（如vector、数组等中的每个元素生成一个新的值，从而填充或重新生成容器内的元素。

问题2：minmax_element和分别调用min_element、max_element相比有什么优势？

 minmax_element可以一次遍历容器就同时找到容器中的最小元素和最大元素的位置，而分别调用min_element和max_element需要两次遍历容器。所以minmax_element的优势是减少了遍历容器的次数，在处理大规模数据时，能提高程序的执行效率。

问题3：把代码中函数generate_random_number`的声明和定义注释起来，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。

如果原来的generate_random_number函数的功能是返回`std::rand()%101`，那么改成使用lambda表达式`[](){returnstd::rand()%101;};`后，效果是等同的。因为两者都是为`generate`算法提供一个生成随机数（范围在0到100之间）的函数对象。lambda表达式是一种匿名函数，语法形式为`[捕获列表](参数列表)、mutable、异常说明、可返回值类型{函数体}`

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';
}

 

运行结果截图

一般来说，自定义函数func`的功能是由开发者根据需求自行定义的。比如可能是对字符进行某种特定转换（如根据某种规则改变字符大小写、替换字符等），或者对传入的参数进行特定计算、逻辑处理等。

tolower和toupper功能

tolower`：用于将一个大写字母字符转换为对应的小写字母字符。如果传入的字符不是大写字母，则返回该字符本身。

toupper`：用于将一个小写字母字符转换为对应的大写字母字符。如果传入的字符不是小写字母，则返回该字符本身。

transform` 的 4 个参数意义

第1个参数：输入范围的起始迭代器，指定要进行转换的元素的起始位置。

第2个参数：输入范围的结束迭代器，指定要进行转换的元素的结束位置（不包含该位置的元素），即转换的范围是 `[起始迭代器, 结束迭代器)`。

第3个参数：输出范围的起始迭代器，指定转换后元素的存储起始位置。

第4个参数：转换函数（或函数对象、lambda 表达式等），用于定义对每个输入元素的转换操作。

把第3个参数s2.begin()`改成s1.begin()的区别

假设s1和s2是两个容器（如`string`等）：第3个参数是s2.begin()`时，`transform`会将对s1中元素转换后的结果存储到s2中，`s1`本身的内容不会被修改。当把第3个参数改成s1.begin()时，`transform`会将对s1中元素转换后的结果存储回s1自身，这样会直接修改s1中的元素内容。

 

任务4：

源代码

 

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;
bool is_palindrome(const string& s) {
    int left = 0, right = s.size() - 1;
    while (left < right) {
        if (s[left] != s[right]) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}
bool is_palindrome_ignore_case(const string& s) {
    int left = 0, right = s.size() - 1;
    while (left < right) {
        if (tolower(s[left]) != tolower(s[right])) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}
int main() {
    string s;
    // 多组输入，直到按下Ctrl+Z结束测试
    while (cin >> s) {
        cout << "严格区分大小写：" << (is_palindrome(s) ? "true" : "false") << endl;
        cout << "不区分大小写：" << (is_palindrome_ignore_case(s) ? "true" : "false") << endl;
    }
}

 

运行结果截图

 

当使用 cin >> s 输入字符串时，cin 会以空格、制表符或换行符作为字符串的结束标志，所以无法直接输入包含空格的字符串。如果希望输入包含空格的字符串（如 hello oop），可以使用 getline 函数来进行调整

 

任务5：

源代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
std::string dec2n(int x, int n = 2) {
    if (x == 0) {
        return "0";
    }
    std::string result;
    while (x > 0) {
        int remainder = x % n;
        char digit;
        if (remainder < 10) {
            digit = '0' + remainder;
        } else {
            digit = 'A' + remainder - 10;
        }
        result = digit + result;
        x = x / n;
    }
    return result;
}

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

运行结果截图

任务6

源代码

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (char c = 'a'; c <= 'z'; c++) {
        cout << c << " ";
    }
    cout << endl;
    for (int i = 1; i <= 26; i++) {
        for (char c = 'A' + i - 1; c <= 'Z'; c++) {
            cout << c << " ";
        }
        for (char c = 'A'; c < 'A' + i - 1; c++) {
            cout << c << " ";
        }
        cout << endl;
    }
    return 0;
}

运行结果截图

任务7

源代码

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

int main() {
    srand(static_cast<unsigned int>(time(0)));
    int correctCount = 0;
    const int totalQuestions = 10;
    for (int i = 0; i < totalQuestions; i++) {
        int num1 = rand() % 10 + 1;
        int num2 = rand() % 10 + 1;
        char op;
        int opChoice = rand() % 4;
        if (opChoice == 0) {
            op = '+';
        } else if (opChoice == 1) {
            op = '-';
            if (num1 < num2) {
                swap(num1, num2);
            }
        } else if (opChoice == 2) {
            op = '*';
        } else {
            op = '/';
            num1 = num2 * (rand() % 10 + 1);
        }
        int userAnswer, correctAnswer;
        cout << num1 << " " << op << " " << num2 << " = ";
        cin >> userAnswer;
        switch (op) {
            case '+':
                correctAnswer = num1 + num2;
                break;
            case '-':
                correctAnswer = num1 - num2;
                break;
            case '*':
                correctAnswer = num1 * num2;
                break;
            case '/':
                correctAnswer = num1 / num2;
                break;
        }
        if (userAnswer == correctAnswer) {
            correctCount++;
        }
    }
    double accuracy = static_cast<double>(correctCount) / totalQuestions * 100;
    cout << "正确率：" << fixed << setprecision(2) << accuracy << "%" << endl;
    return 0;
}

运行结果截图