实验1 现代C++编程初体验
一、实验结论
1. 实验任务1
程序源代码
// 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
问题1：reverse 和 reverse_copy 有什么区别？
reverse 是原地反转，直接修改原容器中的元素顺序
reverse_copy 将反转后的结果拷贝到另一个容器中，原容器保持不变
问题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？
rotate 将指定范围内的元素进行循环移位
三个参数分别是：起始位置、新的起始位置、结束位置
效果是将[first, middle)的元素移到末尾，[middle, last)的元素移到前面
2.实验任务2
程序源代码
#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;
}
运行测试截图
问题1：generate 算法的作用是什么？
用指定的生成器函数为容器的指定范围填充数据
问题2：minmax_element 和分别调用 min_element 、 max_element 相比，有什么优势？
minmax_element 只需要遍历一次容器，效率更高
分别调用需要遍历两次容器
问题3：查询 generate 第3个参数 用法，与使用自定义函数generate_random_number 相比，lambda表达式适用场景是什么？
适用于简单的、一次性使用的函数逻辑
不需要单独定义函数，代码更紧凑
可以捕获外部变量，使用更灵活
3.实验任务3
程序源代码
#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
问题1：自定义函数 func 功能是什么？
将输入字符按规则转换：
- 若为小写字母'z'，转换为'a'；
- 若为大写字母'Z'，转换为'A'；
- 若为其他字母，转换为其后继字母（如'b'→'c'，'Y'→'Z'）；
- 非字母字符保持不变。
问题2：tolower 和 toupper 功能分别是什么？
tolower：将大写字母转换为小写字母，非字母字符不变；
toupper：将小写字母转换为大写字母，非字母字符不变。
问题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？
参数意义：
- 输入区间起始迭代器；
- 输入区间结束迭代器；
- 输出起始迭代器；
- 对每个元素执行的转换函数。
区别：
原参数（s2.begin()）：转换结果写入新容器s2，不修改原容器s1；
修改为s1.begin()：转换结果直接覆盖原容器s1，原数据被修改（原地转换）。
4.实验任务4
程序源代码
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
bool is_palindrome(const std::string &s);
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s);
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";
}
}
// 函数is_palindrome定义
bool is_palindrome(const std::string &s) {
int left = 0;
int right = s.size() - 1;
while (left < right) {
if (s[left] != s[right]) {
return false;
}
left++;
right--;
}
return true;
}
// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s){
int left = 0;
int right = s.size() - 1;
while (left < right) {
// 将两侧字符统一转为小写后比较
if (tolower(s[left]) != tolower(s[right])) {
return false;
}
left++;
right--;
}
return true;
}
运行测试截图
问题：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？
使用getline(std::cin, s)代替cin >> s
5.实验任务5
程序源代码
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
std::string dec2n(int x, int n = 2);
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";
}
}
// 函数dec2n定义
std::string dec2n(int x, int n) {
if(x == 0) return "0";
std::string result;
const std::string digits = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
while(x > 0) {
result += digits[x % n];
x /= n;
}
reverse(result.begin(), result.end());
return result;
}
运行测试截图
6.实验任务6
程序源代码
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main(){
for(int i=0;i<=26;i++){
for(int j=0;j<=26;j++){
char c;
if(i==0&&j==0){
cout<<" ";
}else if(i==0&&j!=0){
c='a'+j-1;
cout<<c;
}else if(i!=0&&j==0){
if(i<10){
cout<<" "<<i;
}else{
cout<<i;
}
}else{
c='A'+(i+j-1)%26;
cout<<c;
}
cout<<" ";
}
cout<<endl;
}
return 0;
}
运行测试截图
7.实验任务7
程序源代码
#include<cstdlib>
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<iomanip>
using namespace std;
int main(){
srand((unsigned)time(0));
int correct=0;
for(int i=0;i<10;i++){
int opt=rand()%4;
int ans;
if(opt==0){
int a=rand()%10+1;
int b=rand()%10+1;
cout<<a<<"+"<<b<<"=";
cin>>ans;
if(ans==a+b)correct++;
}else if(opt==1){
int a=rand()%10+1;
int b=a+(int)((10-a)*((rand()%10+1)/10.0));
cout<<b<<"-"<<a<<"=";
cin>>ans;
if(ans==b-a)correct++;
}else if(opt==2){
int a=rand()%10+1;
int b=rand()%10+1;
cout<<a<<"*"<<b<<"=";
cin>>ans;
if(ans==a*b)correct++;
}else if(opt==3){
int a=rand()%5+1;
int b=rand()%5+1;
while(b*a>10){
b=rand()%5+1;;
}
cout<<b*a<<"/"<<a<<"=";
cin>>ans;
if(ans==b)correct++;
}
// cout<<endl;
}
cout<<"正确率为"<<fixed<<setprecision(2)<<correct*10.0<<"%";
return 0;
}
浙公网安备 33010602011771号